FENÓMENOS

En la naturaleza ocurren cambios constantemente. Estos cambios benefician o dañan al hombre; algunos de ellos son percibidos a simple vista y ocurren en la vida diaria; otros no se perciben con facilidad, a pesar de que suceden con frecuencia, debido a que son lentos y de difícil apreciación.

Todos estos cambios que acontecen en el entorno, como el crecimiento de una planta, la lluvia, la putrefacción de los alimentos y muchos más, reciben el nombre de fenómenos.

  

Todo aquello que cuando sucede modifica algo, es un fenómeno. Las ciencias estudian los distintos fenómenos de la naturaleza e inclusive los provocados por el hombre, investigando sus causas y consecuencias. Cuando éste ocurre y la materia que interviene en el mismo no se modifica, el fenómeno es clasificado como físico y será estudiado por las Ciencias Físicas.

Ejemplos sencillos:

• Cuando un clavo de acero se dobla, sigue siendo acero. Luego podemos enderezarlo recobrando su forma original.
• Si calentamos una bola de hierro se dilata, si la enfriamos hasta su temperatura inicial recupera su volumen original.
• Un trozo de hielo se derrite al elevar la temperatura obteniéndose agua líquida, si la enfriamos nuevamente hasta su temperatura inicial ( 0ºC ) obtenemos el hielo.
• Se rompe el vidrio de un ventanal por el impacto de una piedra. La materia del ventanal es el vidrio y el golpe trae como consecuencia su rotura, pero no se modifica para nada la sustancia que conforma a la placa, ya que los pedacitos que recogemos del piso siguen siendo vidrio. Éste es un fenómeno físico. Cuando la Física se ocupe de él podrá calcular la velocidad de caída de los trozos, la velocidad de impacto de la piedra, el intercambio de energías en el proceso y otros cuestionamientos más.
• Colocamos un recipiente con agua en el fuego y ésta entra en ebullición evaporándose. Al calentar agua líquida, las moléculas toman energía y la usan para pasar del líquido al vapor. Este fenómeno es físico, porque si bien el agua cambió de estado, la naturaleza íntima de la sustancia no se modificó, ya que las moléculas del líquido y del vapor siguen siendo agua (H2O). Todos los cambios de estado son fenómenos físicos, ya que la sustancia que interviene sigue siendo molecularmente igual.
• Molemos trigo para fabricar harina. Con la molienda no se altera la estructura de las moléculas, sino que sólo cambiamos la forma en que se presenta la materia (estado de agregación), de modo que el fenómeno aquí también será físico.
• Disolvemos sal en agua. Cuando la sal se disuelve en agua ante nuestros ojos, ésta desaparece. Lo que en realidad sucede es que los iones que la conforman estando disueltos se separan, hidratándose (rodeándose de moléculas de agua). A simple vista no percibimos la presencia de la sal, pero si evaporamos el agua ella aparece en el fondo del recipiente, con las mismas propiedades que tenía antes de la disolución, por lo que calificamos a este fenómeno como físico.

Si al ocurrir un fenómeno se modifica la materia, ésta deja de ser lo que era, es decir, se transforma íntimamente. Eso significa que los átomos que forman a las moléculas que la constituyen se recombinan, dando lugar a otras sustancias distintas a las que había antes de producirse el hecho. Clasificaremos a este suceso como fenómeno químico y será estudiado por las Ciencias Químicas.

Veamos ejemplos:

• Cuando quemamos (combustión) papel, se desprende humo y queda su ceniza. Si juntamos el humo con la ceniza es imposible obtener nuevamente papel.
• Dejamos un trozo de hierro a la intemperie sin protección ni pinturas. Luego de un tiempo, lo encontramos oxidado.
• El fenómeno será clasificado como químico, porque la sustancia hierro se transformó en otra sustancia (oxido de hierro) y dejó de ser molecularmente lo que era.
• Digestión, respiración, fotosíntesis, fermentación, descomposición, putrefacción de alimentos, etc. son ejemplos de fenómenos químicos.

Según donde el científico coloque su interés, el fenómeno que observe será físico bajo algunas circunstancias o químico bajo otras.

Por ejemplo: si estudiamos el vuelo de un avión y calculamos sus distancias y velocidades, o nos preguntamos ¿Cómo es que vuela no obstante su peso elevado?

Estas respuestas serán patrimonio de la Física. Pero si el interés lo centramos en el combustible que usa el motor, las reacciones moleculares que se producen en el mismo, los productos que libera, y nos interesa si éstos contaminan o no el medio ambiente, o queremos saber cómo se evita esa contaminación, deberá ser un químico el que se encargue de darnos respuesta a esos interrogantes.

Ahora bien, si el fenómeno estudiado se refiere o está en relación con un ser viviente, entonces el estudio estará centrado en las Ciencias Biológicas.

La biología a nivel celular, y más aún a nivel molecular, se transforma en química biológica, que estudia ampliamente las reacciones químicas que ocurren en los seres vivos (metabolismo). Esta rama de la química es un fuerte apoyo para la medicina.

Física, Química y Biología son ciencias puras que estudian los fenómenos de la naturaleza. La división entre ellas no es estricta, pues muchas veces un mismo acontecer tiene facetas que pueden ser estudiadas por las tres al mismo tiempo y se complementan entre sí al hacerlo.

Todas ellas investigan profundamente los hechos que trasforman en objeto de estudio, pero la Ciencia que las apoya permanentemente es la Matemática, madre de todas las ciencias, porque las leyes que rigen la naturaleza de los distintos fenómenos, si bien son experimentales, se deducen a través de cálculos matemáticos.

En resumen:

FENÓMENOS FÍSICOS: son transformaciones transitorias, donde las mismas sustancias se encuentran antes y después del fenómeno, es decir, no hay alteración en su estructura molecular. Es fácilmente reversible mediante otro fenómeno físico.

FENÓMENOS QUÍMICOS: son transformaciones permanentes, donde una o varias sustancias desaparecen, y una o varias sustancias nuevas se forman, es decir hay alteraciones en su estructura íntima o molecular. No es reversible mediante procesos físicos.

FENÓMENOS BIOLÓGICOS: son aquellos que se verifican en un ser vivo, tales como la Circulación de la sangre, la digestión de los alimentos y el metabolismo celular.

FENÓMENOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
Fenómenos reversibles: son aquellos que se realizan en dos sentidos; es decir, que, efectuando un cambio en la materia por una determinada acción, aquella vuelve a su estado o forma primitiva al desaparecer esa acción.

Ejemplos:

• Inflar un globo produciendo el estrangulamiento de su dibujo.
• Un metal se calienta levemente y se dilata. 
• Se realiza fuerza de ambas puntas de un resorte estirándolo dentro de su fase elástica.

Fenómenos irreversibles: son aquellos en los que no se logra volver a la situación o forma primitiva de la materia, pasando por las mismas etapas, al desaparecer la causa que provocó el fenómeno.

Ejemplos:

• Se infla un globo hasta hacerlo explotar.
• Se cae al piso un vaso de vidrio y se rompe en pedazos.
• Se prende fuego una prenda de vestir.

 

MAGNITUDES Y MEDICIONES

Llamamos magnitud física a todo lo que se puede medir. Por ejemplo: superficie de un pizarrón, velocidad de una moto, temperatura del agua, peso de una persona, volumen de una goma, tiempo que tardas en llegar a la escuela, etc.

Hay otras propiedades que aún no se pueden medir, por ejemplo, el sabor, el olor, la belleza, y por ello no tienen de momento el carácter de magnitud física.

Las magnitudes físicas pueden clasificarse en:

Por su origen:

• Fundamentales: conjunto de magnitudes físicas en función de las cuales se pueden expresar el resto de las magnitudes. Por ejemplo: longitud, masa y tiempo.
• Derivadas: definidas a partir de las magnitudes fundamentales. Por ejemplo: velocidad, superficie y volumen.

      Por su naturaleza:

• Escalares: quedan perfectamente especificadas al dar su valor numérico expresado con su correspondiente unidad. Por ejemplo: masa g; volumen m3; temperatura 25ºC.
• Vectoriales: quedan especificadas al dar su intensidad (una cantidad y una unidad), dirección (recta en la que se manifiesta) y sentido (en cada dirección se definen dos sentidos opuestos). Las magnitudes vectoriales se pueden representar mediante vectores. Por ejemplo: fuerza, velocidad y peso.

EL PESO Y LA MASA SON MAGNITUDES DIFERENTES

Peso y masa son dos conceptos y magnitudes físicas bien diferenciadas, aunque aún en estos momentos, en el habla cotidiana, el término "peso" se utiliza a menudo erróneamente como sinónimo de masa, la cual es una magnitud escalar. La propia Academia reconoce esta confusión en la definición de «pesar»: "Determinar el peso, o más propiamente, la masa de algo por medio de la balanza o de otro instrumento equivalente".

El peso de un cuerpo es la fuerza con que lo atrae la Tierra y varía según el lugar en donde se efectúe la medición. Para medir peso se usa el dinamómetro.

La masa de un cuerpo, en cambio, es la cantidad de materia que constituye un cuerpo y permanece constante en cualquier lugar donde se mida. Para medir masas se usa la balanza de doble platillos.

Observamos que le sucede a alguien que compara su peso en la Tierra con su peso en la Luna:

Una persona de 120 kg de masa pesa en la superficie de la Tierra 120 kg-Fuerza. Sin embargo, la misma persona en la Luna pesaría solo 20 kg-fuerza, aunque su masa seguiría siendo de 120 kg.

El peso de un cuerpo en la Luna es igual a 1/6 del peso en la Tierra, es decir, que un cuerpo en la Luna es seis veces menor que el peso en la Tierra. Según observamos, el peso es menor en la Luna, o sea que varía, pero la masa permanece constante.

¿Qué significa medir? Significa comparar la magnitud con otra similar, llamada unidad, para averiguar cuántas veces la contiene.

Y… ¿qué es la unidad? Es una cantidad que se adopta como patrón para comparar con ella cantidades de la misma especie. Ejemplo: Cuando decimos que un objeto mide dos metros, estamos indicando que es dos veces mayor que la unidad tomada como patrón, en este caso el metro.

En la antigüedad, antes de inventarse los primeros instrumentos de medición se usaban partes del cuerpo para medir longitudes. Por ejemplo, el codo era una unidad usada. ¡Pero la longitud del codo no era la misma para diferentes personas!

Es así como resultó necesario establecer unidades para medir distintas magnitudes que no presentan dificultades. Es decir, para cada magnitud se establece una unidad, por ejemplo, longitud: metro; por lo tanto resulta absurdo medir longitudes con la unidad kilogramo.

Para tener perfectamente definidas estas unidades y para que pudieran ser compartidas por todos se construyeron patrones para cada una de las principales magnitudes.

Después de algunos intentos; la mayoría de los países acordó reunir estos patrones en un sistema al que se denominó Sistema Internacional (SI).

La Argentina adhirió a este sistema adoptándolo bajo el nombre de SIMELA (Sistema Métrico Legal Argentino).

Vamos ahora a definir las unidades de las magnitudes fundamentales en el SIMELA:

• Masa: la unidad de masa es el kilogramo (kg)
• Longitud: la unidad de longitud es el metro (m)
• Tiempo: la unidad de tiempo es el segundo (s)

Al realizar las mediciones tienen mucha importancia la persona que mide, es decir, el observador, el cual debe tener la destreza necesaria para manejar correctamente los instrumentos de medición.

Los instrumentos que se usan deben ser adecuados a las distintas magnitudes que deben medirse; los mismos dan una medida exacta cuanto mejor es su calidad y estado.

Algunos instrumentos que se usan son:

·         Probeta: mide volúmenes de líquidos y sólidos.

·         Termómetro: mide temperaturas.

·         Reloj, cronómetro: miden tiempos.

·         Regla, cinta métrica: miden longitudes.

En resumen, para medir una cantidad de una magnitud se necesita:

·         Una unidad de medida apropiada.

·         Un instrumento adecuado.

·         Un observador adiestrado.

MÉTODO CIENTÍFICO

El método científico es un método de investigación usado principalmente en la producción de conocimiento en las ciencias. Para ser llamado científico, un método de investigación debe basarse en lo empírico y en la medición, sujeto a los principios específicos de las pruebas de razonamiento. Es decir, es una secuencia de pasos que nos permiten explicar hechos o fenómenos de la naturaleza a través de una actividad científica, ellos son:

1. Observación: Es aplicar atentamente los sentidos a un objeto o a un fenómeno, para estudiarlos tal como se presentan en realidad, puede ser ocasional o causalmente.
2. Inducción o problema: estas observaciones generan dudas y preguntas que llevan al planteo de un problema.
3. Hipótesis: Elaborar una explicación provisional de las observaciones o experiencias y sus posibles causas.
4. Probar la hipótesis por experimentación.
5. Demostración o refutación (antítesis) de la hipótesis: Es el resultado de la experimentación, de nuevas observaciones, mediciones o indagaciones a través de un experimento o búsqueda de información en libros, revistas, entrevistas, etc. Ahora, estos datos obtenidos durante la actividad de  investigación, tendremos que organizarlos en cuadros gráficos, esquemas, diagramas, fotos, etc.
6. Tesis o teoría científica: Si comprobamos que la hipótesis planteada es verdadera, nuestra conclusión será VALIDA; en caso de que los hechos investigados no coincidan con la hipótesis, esta será NO VALIDA, por lo que tendremos que replantear la hipótesis. una secuencia de pasos que nos permiten explicar hechos o fenómenos de la naturaleza a través de una actividad científica.

En la vida cotidiana aplicamos muchas veces el Método Científico aún en forma intuitiva.

Veamos algunos ejemplos cotidianos sencillos:

Imagina que te sientas en el sofá dispuesto a ver un rato la televisión y al apretar el control remoto para encender, la tele no se enciende. Repites la operación tres veces y nada.

Observación: La tele no se enciende

Problema: El control remoto no funciona porque las pilas están agotadas

Hipótesis: La solución consiste en poner pilas nuevas

Predicción de resultados: Si cambio las pilas la tele encenderá.

Experimento: Quito las pilas antiguas y pongo nuevas. La tele enciende.

Conclusión: Se confirmó la hipótesis.

Si después del cambio de pilas la tele sigue sin encender entonces planteas una nueva hipótesis.

Problema: El control remoto está dañado. 

Hipótesis: Debo actuar directamente en la botonera de la tele.

Predicción de resultados: Si acciono el botón de arranque encenderá.

Experimento: Acciono el botón de arranque y se encendió.

Conclusión: Se confirmó que el control remoto está fallado.

Si no hubiera encendido, razonaré que el problema es la falta de corriente eléctrica.

Problema: No llega corriente eléctrica a la tele.

Hipótesis: Hay corte de luz.

Predicción de resultados: Si acciono cualquier perilla nada sucederá.

Experimento: Acciono una perilla cualquiera y nada enciende.

Conclusión: Se confirmó la hipótesis.

Si en cambio la luz hubiera encendido el problema está en el interior del aparato y debe llamar al service. Como se ve en estos casos sencillos, ante la aparición de un problema solemos aplicar intuitivamente el Método Científico para buscar una solución.

CIENCIA

La ciencia es el conjunto de conocimientos que busca explicar el mundo que nos rodea. Los científicos se hacen preguntas y buscan soluciones. Sin embargo, su trabajo parece no terminar nunca, ya que sus descubrimientos siempre llevan a nuevos problemas para resolver. Por ejemplo, cuando en 1882 el científico Robert Koch identificó cuál era el microorganismo que causaba la tuberculosis, automáticamente le surgió una pregunta: ¿cómo podemos matar ese microorganismo y así curar la enfermedad?

Esta no es la única característica que tiene la ciencia. Ya sabes que, a lo largo de los años, los científicos aportan las investigaciones con las cuales se construyen nuevas formas de ver el mundo. Por eso, se dice que la ciencia cambia con el tiempo y siempre se puede mejorar.

Por ejemplo, en el siglo IV a.C., el sabio griego Aristóteles creía que la sangre era un líquido estático que se producía en el corazón. Gracias a los aportes de William Hartvey en el año 1651, hoy sabemos que existe una circulación por la que la sangre recorre todo el cuerpo y que el corazón solamente la impulsa.

A medida que el conocimiento se enriquece, las respuestas van mejorando o, en algunos de los casos, hasta pueden detectarse. Entonces, la intervención en el mundo es cada vez más eficaz y más profunda. Si no, piensa o averigua sobre algún descubrimiento actual que no existiese en la época de tus abuelos. 

En la naturaleza ocurren fenómenos que despiertan la curiosidad del científico. Quizás el hombre común ante el mismo hecho, no se inquiete y ni siquiera se cuestione, pero el científico es un espíritu curioso que mira al mundo que lo rodea en forma distinta. Esta mirada es el motor de la investigación. 

La ciencia que estudia la materia (los cuerpos) y lo que ocurre sobre ellos cuando al actuar sobre ellos estos no cambian, es decir siguen siendo los mismos, se llama Física. Por ejemplo si desplazo una hoja de papel esta no habrá cambiado, seguirá siendo una hoja, pero sufrió un desplazamiento debido a un fenómeno físico producido por una fuerza. Sin embargo si quemo la hoja, la hoja dejará de ser la hoja (cambia) para convertirse en otros productos derivados de la combustión, esto no será física, sino química.

Otra apreciación es que la física es una ciencia, es decir un conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observación y el razonamiento y de los cuales se deducen teorías y leyes, no es sólo una ciencia teórica, es también una ciencia experimental. Como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teoría pueda realizar predicciones de experimentos futuros.

Física es un término que proviene del griego physis y que significa “realidad” o “naturaleza” y por eso también podemos definirla como la ciencia que estudia las propiedades del espacio, el tiempo, la materia, la energía y sus interacciones.

En términos más generales, es el análisis general de la naturaleza, llevada a cabo con el fin para entender cómo se comporta el universo.

Después de todo lo dicho....

¿Qué es la Física?

La Física es el estudio de la materia y su movimiento a través del espacio y el tiempo, junto con los conceptos relacionados, tales como la energía y la fuerza.

Para su estudio, se divide en dos grandes grupos Física Clásica y Física Moderna. La primera estudia todos aquéllos fenómenos en los cuales la velocidad es muy pequeña comparada con la velocidad de propagación de la luz; la segunda se encarga de todos aquellos fenómenos producidos a la velocidad de la luz o con valores cercanos a ella.

FÍSICA CLÁSICA

Mecánica: estudia las fuerzas y el movimiento de los cuerpos.

Termología: transmisión del calor y sus efectos.

Óptica: la luz en su naturaleza y propagación.

Acústica: la naturaleza del sonido y cómo se propaga.

Electromagnetismo: estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos.

FÍSICA MODERNA

Atómica: estudia las propiedades y el comportamiento del átomo. El estudio de la Física atómica incluye a los iones así como a los átomos neutrales.

Cuántica: estudia el comportamiento de la materia cuando las dimensiones de esta son tan pequeñas, en torno a 1000 átomo.

Nuclear: estudia las propiedades y el comportamiento de los núcleos atómicos.

LAS CIENCIAS NATURALES

Las ciencias naturales tienen por objeto el conocimiento de las leyes y propiedades de la materia, tanto viva como no viva.

Las Ciencias Naturales, como la Física, la Química, la Biología, la Astronomía y la Geología, forman parte de las Ciencias Fácticas o Experimentales, llamadas así porque su estudio se basa en los hechos (fenómenos naturales observables) y en las experiencias.

Las Ciencias Formales tienen por objeto el estudio de conceptos abstractos elaborados por la mente humana, por ejemplo, la Aritmética y la Geometría tienen como objeto de estudio los números y las formas.

DIVISIÓN DE LAS CIENCIAS NATURALES

Astronomía: se ocupa del estudio de los cuerpos celestes, sus movimientos, los fenómenos ligados a ellos, su registro y la investigación de su origen a partir de la información que llega de ellos a través de la radiación electromagnética o de cualquier otro medio.

Biología: se ocupa del estudio de los seres vivos y, más específicamente, de su origen, su evolución y sus propiedades (génesis, nutrición, morfogénesis, reproducción, patogenia, etc.).

Física: se ocupa del estudio de las propiedades del espacio, el tiempo, la materia y la energía, teniendo en cuenta sus interacciones.

Geología: se ocupa del estudio de la forma interior del globo terrestre, la materia que lo compone, su mecanismo de formación, los cambios o alteraciones que ésta ha experimentado desde su origen, y la textura y estructura que tiene en el actual estado.

Química: se ocupa del estudio de la composición, la estructura y las propiedades de la materia, así como de los cambios de sus reacciones químicas.

CIENCIA Y TECNOLOGÍA

La tecnología es la actividad humana que se dedica a inventar y diseñar objetos y procesos con el propósito de utilizarlo para un determinado fin.

La Ciencia y la Tecnología son dos actividades inseparables que se complementan e influyen mutuamente: la ciencia provee los conocimientos que posibilitan el avance tecnológico y el desarrollo de nuevos productos tecnológicos permite, a su vez, ampliar y profundizar la investigación científica.

En la actualidad, la Tecnología a logrado simplificar en forma considerable la tarea cotidiana de los científicos y acelerar el ritmo de las investigaciones, por ejemplo las computadoras resuelven en segundos los cálculos que antes se hacían en horas o días, los laboratorios están equipados con instrumentos de medición cada vez más precisos, etc.

Así mismo, un problema suele ser enfocado desde diferentes puntos de vista, y con frecuencia su solución requiere de los aportes que puedan hacer los especialistas que trabajan en diferentes ramas científicas, dando lugar así a un verdadero trabajo en equipo o estudio interdisciplinarios.