1. La actividad científica

 ¿Cómo explicarías lo que hacen los científicos en los laboratorios?

La ciencia es una investigación sin fin que trata de describir hechos o explicar fenómenos y establecer relaciones entre ellos.

La actividad científica consiste en descubrir las leyes que rigen la naturaleza mediante un procedimiento válido y fiable que recibe el nombre de método científico. Aunque no se trata de un conjunto de normas que se apliquen siempre de la misma manera en todos los casos, sí podemos diferenciar unas etapas que son comunes a cualquier investigación científica:

1. Observación.
2. Planteamiento de hipótesis.
3. Experimentación.
4. Análisis de los resultados.
5. Formulación de leyes y teorías.

1.1. La observación

La observación de hechos o fenómenos se suele considerar como la primera etapa del método científico. Los científicos han desarrollado instrumentos, como los microscopios o los telescopios, con los que podemos percibir la realidad con mayor detalle de lo que nuestros sentidos nos permiten.

 ¿Cómo se pasa de la observación al descubrimiento?

Para descubrir algo, nuestras observaciones deben ser lo más cuidadosas, exhaustivas y exactas posible.

En la siguiente tabla se muestran algunos ejemplos de descubrimientos que tuvieron lugar gracias a las observaciones de ciertos fenómenos.

Observación	Observación	Observación
Galileo observa cómo oscila una lámpara en la catedral de Pisa.	H. Becquerel deja una placa fotográfica sin revelar en un cajón que contenía sales de uranio y observa, más tarde, que la placa se ha velado.	H. C. Oersted observa que la corriente eléctrica que circula por un conductor altera la orientación de una brújula situada junto a él.
Descubrimiento	Descubrimiento	Descubrimiento
Las leyes de oscilación de un péndulo.	El fenómeno de la radiactividad.	La corriente eléctrica crea un campo magnético: el electromagnetismo.

1.2. El planteamiento de hipótesis

 Una vez que hemos anotado nuestras observaciones, ¿qué debemos hacer?

La siguiente etapa tras la observación de un hecho o un fenómeno es el planteamiento del problema y la elaboración de hipótesis.

Una hipótesis es una suposición provisional, una aproximación a la realidad, que se formula para explicar un determinado hecho o fenómeno. Debe sustentarse en el conocimiento disponible sobre los hechos y admitir la posibilidad de ser comprobada experimentalmente.

Para ser válida, la hipótesis científica debe cumplir estas condiciones:

1. Ha de referirse a una situación real.
2. Debe formularse de manera precisa y mediante variables concretas.
3. La relación entre las variables debe ser observable y medible.

Vamos a estudiar dos ejemplos de observación, descripción del problema y planteamiento de hipótesis.

Observación de un hecho	Observación de un hecho
El azúcar se disuelve en el agua. Sabemos que la solubilidad de una sustancia en un disolvente y a una cierta temperatura es la máxima cantidad de esa sustancia, en gramos, que podemos disolver en 100 g de disolvente a esa misma temperatura.	Un péndulo es una masa suspendida de un hilo, de tal manera que, si separamos la masa de su posición de equilibrio y la soltamos, oscila de un extremo al otro pasando varias veces por su posición de equilibrio, donde finalmente se detendrá.
Descripción del problema	Descripción del problema
¿Cómo afecta la temperatura a la solubilidad del azúcar en el agua?	¿Depende el período del péndulo de la masa suspendida? ¿Depende el período del péndulo de la longitud del hilo?
Planteamiento de hipótesis	Planteamiento de hipótesis
Al aumentar la temperatura, aumenta la solubilidad del azúcar en el agua.	El período del péndulo depende de la masa suspendida. El período del péndulo depende de la longitud del hilo.

 ¿Cómo comprobarías si estas hipótesis son verdaderas o falsas?

Una vez definido el problema y planteadas las hipótesis correspondientes, los científicos consultan la bibliografía que ya existe sobre el tema que están investigando (lo habitual es que una investigación no parta de cero y se apoye en el trabajo previo de otros científicos). En la actualidad, podemos acceder rápidamente a la información a través de Internet y sus diferentes herramientas de búsqueda.

1.3 La experimentación

Para saber si una hipótesis es acertada debemos contrastarla con experimentos. Experimentar es repetir la observación de un hecho o un fenómeno en condiciones controladas y, en ocasiones, tan especiales que no se dan en la naturaleza.

Para que un experimento sea correcto han de mantenerse constantes todas las variables, excepto la que se pretende comprobar.

1. Diseña un experimento para verificar la siguiente hipótesis. La solubilidad del azúcar en agua aumenta al elevarse la temperatura.​

 

Experimento

1. Vertemos 10 mL de agua en un tubo de ensayo.

2. Pesamos en una balanza 25 g de azúcar.

3. Añadimos un poco de azúcar al tubo de ensayo y lo agitamos con la ayuda de unas pinzas.

4. Incorporamos más cantidad de azúcar y volvemos a agitarlo, hasta que la disolución no admita más azúcar.

5. Pesamos la cantidad de azúcar que no hemos añadido; la diferencia entre esta y la original es la cantidad de azúcar disuelta: 20 g

6. Introducimos un termómetro en la disolución y anotamos la temperatura: 20ºC

7. Repetimos la experiencia, pero calentando previamente el agua del tubo de ensayo, y los resultados obtenidos son:

❚ Cantidad de azúcar disuelta: 26 g

❚ Temperatura de la disolución: 50ºC

Resultado del experimento. Al elevarse la temperatura aumenta la solubilidad del azúcar en el agua; por tanto, la hipótesis es cierta..

2. Comprueba si las hipótesis 1 y 2 son ciertas o falsas a partir de los datos proporcionados en las tablas.

❚ Hipótesis 1. El período del péndulo depende de la masa del cuerpo suspendido.

Medimos el período de dos péndulos con la misma longitud, pero con cuerpos suspendidos de masas diferentes. Repetimos la medida 3 veces.

 

	PÉNDULO 1
	Masa (kg)	Periodo (s)
Experiencia 1	1	3
Experiencia 2	1	3
Experiencia 3	1	3

 

	PÉNDULO 2
	Masa (kg)	Periodo (s)
Experiencia 1	2	3
Experiencia 2	2	3
Experiencia 3	2	3

 

La variable que se ha mantenido constante durante el experimento es la longitud del péndulo (variable controlada) y la que ha variado, la masa del péndulo (variable independiente). El período del péndulo es la variable dependiente.

 

Resultado del experimento 1. Observamos que, al variar la masa, no se modifica el período del péndulo, luego la hipótesis no es cierta.

❚ Hipótesis 2. El período del péndulo depende de la longitud del hilo.

Medimos el período de dos péndulos con longitudes de hilo diferentes y que tienen suspendidos cuerpos de la misma masa. Repetimos la medida 3 veces.

 

	PÉNDULO 1
	Longitud (m)	Periodo (s)
Experiencia 1	1	2
Experiencia 2	1	2
Experiencia 3	1	2

 

 

	PÉNDULO 2
	Longitud (m)	Periodo (s)
Experiencia 1	0,5	1,42
Experiencia 2	0,5	1,42
Experiencia 3	0,5	1,42

 

Resultado del experimento 2. Observamos que, al variar la longitud, se modifica el período del péndulo, luego la hipótesis es cierta. La variable que se ha mantenido constante durante el experimento es la masa del péndulo (variable controlada) y la que ha variado, la longitud del péndulo (variable independiente). El período del péndulo es la variable dependiente.

La variable que se ha mantenido constante durante todo el experimento ha sido la cantidad de agua en el tubo de ensayo (variable controlada).

La variable que se ha modificado es la temperatura de la disolución (variable independiente), y para cada uno de los valores de esta variable hemos medido los valores de la solubilidad del azúcar en el agua (variable dependiente).

1.4 El análisis de los resultados

Una vez realizados los experimentos y obtenidos los datos, hay que analizarlos y ver la relación que existe entre ellos. Una tabla de datos está formada por columnas y filas en las que se representan características o propiedades específicas y sus correspondientes registros o medidas. Las tablas y las gráficas son buenas herramientas para organizar y comunicar los resultados de un experimento.

3. En la siguiente tabla se registran los datos obtenidos en el experimento que hemos realizado para medir la variación de la solubilidad del azúcar en agua con el cambio de temperatura

Temperatura ºC	15	20	30	40	50	60	70
Cantidad de azúcar, en g, disuelta en 100 g de agua	197	204	219	238	260	287	320

 

Como puedes ver, en una fila figuran los datos sobre la temperatura de la disolución, medida en ºC, y en la otra las cantidades de azúcar, expresadas en gramos, que se disuelven en 100 g de agua. En las columnas se recogen las medidas de estas variables.

A continuación se representan los datos de la tabla en la siguiente gráfica:

A partir de las representaciones gráficas, podemos predecir valores que se encuentren entre los estudiados, es decir, interpolar. Las representaciones también permiten predecir valores que se hallen fuera de los estudiados, es decir, extrapolar.

Las gráficas

 ¿Qué información proporciona una gráfica?

La forma de la línea que se obtiene al elaborar una gráfica muestra la relación que existe entre las variables.

  ¿Qué importancia crees que tiene la ecuación matemática que relaciona las variables de un experimento?

1.5 La formulación de leyes y teorías

El análisis de los resultados de un experimento nos permite describir, mediante una expresión matemática, la relación que existe entre las variables. Esta expresión matemática constituye una ley científica.

 

Una ley puede considerarse como una teoría que ha sido comprobada mediante la observación y la experimentación y que tiene validez para todos los hechos o fenómenos que abarca. Así, la ley de gravitación universal es válida en todo el universo y justifica el movimiento de las estrellas, los cometas, los planetas, los satélites, la caída de los cuerpos, las mareas, etc.

  ¿De qué forma expresarías una ley científica?

Las leyes que se establecen tras contrastar y verificar las hipótesis pueden expresarse de varios modos:

• 1. En forma de ecuación:
• F = m ⋅ a
•  
• 2. En forma de enunciado de un principio:
• La energía de un sistema cerrado se mantiene constante.
•  
• 3. Como expresión funcional:

A temperatura constante, el volumen ocupado por una determinada masa de gas es inversamente proporcional a la presión.

Las teorías se construyen para hacer predicciones fiables sobre fenómenos que no se conocían cuando fueron formuladas. Las teorías atómicas surgidas a lo largo de los años podían explicar diferentes observaciones, pero perdían su validez cada vez que surgía un nuevo hecho experimental que no podían justificar. Igualmente, la teoría geocéntrica dejó de tener validez al no poder predecir el movimiento de ciertos planetas y satélites.

 

 

Los modelos sirven para explicar los fenómenos de forma simplificada. La ciencia los utiliza para representar gráficamente el funcionamiento de una parte del universo. Por ejemplo, los modelos atómicos, fruto de las sucesivas teorías atómicas, son dibujos que nos ayudan a imaginar cómo son los átomos en la realidad.

Sobre los ejemplos del péndulo que hemos visto, podemos enunciar dos leyes:

1. El período del péndulo no depende de la masa que oscila.
2. El período del péndulo depende de la longitud del hilo.