1.1. El método científico

ACTIVIDAD INICIAL - ¿De qué factor depende el periodo de oscilación de un péndulo? 

Primero observa

Monta el péndulo y déjalo oscilar. Verás que sus oscilaciones, idas y venidas, son rítmicas. Prueba diferentes formas de hacer oscilar el péndulo, pero nunca lo lances, solo suéltalo.

Ahora piensa

Después de la observación, ¿qué factores crees que afectan al periodo de oscilación? ¿Qué parámetros habría que cambiar para que este variara?

Formad equipos, debatidlo y apuntad los factores en la libreta. No tenéis que comprobar el efecto de estos parámetros, sino solo apuntar vuestras hipótesis. Por ejemplo: si aumenta o disminuye tal parámetro, entonces el periodo de oscilación disminuirá, aumentará o no se verá afectado.

Cuidado, no analicéis la velocidad a la que oscila. Recordad que estamos estudiando el periodo de oscilación, no la velocidad de movimiento.

Es momento de medir

¿Son correctas vuestras ideas? Vamos a comprobarlo. Aunque puede haber muchos factores en los que hayáis pensado, algunos seguro que no deben afectar al periodo, como el color de vuestra camiseta, por ejemplo.

Vamos a estudiar tres factores: la longitud del hilo, el ángulo de lanzamiento y la masa del péndulo.

En ciencia es muy difícil estudiar más de dos factores simultáneamente, y en nuestro experimento tenemos cuatro: longitud, ángulo, masa y periodo. Para hacerlo más sencillo, mantendremos dos de ellos constantes mientras analizamos la influencia del tercero; esto producirá tres experimentos: 

Experimento 1: influencia de la longitud

Factores constantes: masa y ángulo de lanzamiento.

Factor variable: longitud.

Procedimiento:

a) Medid el tiempo de una oscilación

Como verás, es muy difícil que todos coincidáis en el mismo valor. Aquí tenéis un truco: calculad el tiempo que tarda en realizar diez oscilaciones y divididlo por diez para determinar el periodo de una oscilación.

Como ya te habrás dado cuenta, siempre que medimos ocurren errores. Para que afecten lo menos posible, realiza la misma medida dos veces más hasta tener tres valores para el periodo de oscilación. Después, calcula la media de los valores.

b) Repite el proceso para un total de cinco longitudes diferentes y construye una tabla como esta.

Experimento 2: influencia de ángulo de lanzamiento

Factores constantes: masa y longitud.

Factor variable: ángulo de lanzamiento.

Experimento 3: influencia de la masa

Factores constantes: ángulo de lanzamiento y longitud.

Factor variable: masa.

OBSERVACIÓN

Es la primera etapa del método y su finalidad es obtener la mayor cantidad de información previa a todo razonamiento. Incluye la clasificación de los datos, la medición de magnitudes y la utilización del instrumental adecuado. Deben ser: cuidadosas (intentar cometer los mínimos errores posibles; exhaustivas (repetir varias veces para minimizar errores); y exactas (intentar obtener el valor real).

La observación dará lugar al planteamiento de preguntas que expliquen los fenómenos observados

"Observar es analizar un fenómeno sin intervenir en él para plantear una pregunta y establecer posibles relaciones entre los factores de los que depende."

EMISIÓN DE HIPÓTESIS

Se trata del planteamiento de posibles respuestas a las preguntas planteadas en el apartado anterior. Las hipótesis deben:

• Referirse a una situación real o realizable.

• Su enunciado mediante variables debe ser claro y concreto.

• La relación entre las variables debe ser observable y medible.

"Una hipótesis es una posible respuesta formulada a partir de observaciones o datos experimentales que debe cumplir las siguientes características"

Para convertirse en hipótesis, una afirmación solo necesita cumplir las características enunciadas anteriormente, no necesita ser verdad.

EXPERIMENTACIÓN

La siguiente etapa es comprobar si la hipótesis es correcta o incorrecta a través de pruebas que deben ser diseñadas específicamente para la comprobación de dicha hipótesis. Es la etapa más característica del método científico y la que implica más imaginación por parte de quien investiga.

"El experimento es el procedimiento de análisis utilizado para probar la veracidad o falsedad de las hipótesis planteadas y, en él, el observador tiene control sobre los factores que afectan a dichas hipótesis."

Cuando se desea probar una hipótesis, hay que identificar los factores que la influyen. Una vez seleccionados, se clasifican en variables y controles.

• Variables: son aquellos factores del experimento que muestran modificaciones en sus valores a lo largo del proceso. Pueden ser de dos tipos:

– Variables independientes: aquellas que modificamos nosotros a voluntad o varían independientemente del proceso.

– Variables dependientes: aquellas que se ven afectadas como consecuencia de los cambios que han ocurrido en las variables independientes.

• Controles: son aquellos factores que mantenemos constantes a lo largo del experimento con la finalidad de que no afecten al resultado.

Es posible que pienses que observación y experimentación son procesos parecidos, ya que en ambos se analiza la influencia que ciertos factores (variables independientes) provocan sobre otros (variables dependientes). Pero se diferencian en que en la observación no hay control sobre los factores, simplemente se observa sin intervenir, mientras que en el experimento los factores se pueden modificar a voluntad.

MÉTODOS EXPERIMENTALES DIRECTOS E INDIRECTOS

• Cuando se llevan a cabo investigaciones científicas, es frecuente tomar muestras de "algo" para analizarlo en el laboratorio o experimentar con el con el fin de obtener resultados y conclusiones. Como podemos tomar muestras de algo y analizarlo, decimos que estamos empleando un MÉTODO DIRECTO.

• Sin embargo, no siempre es posible tomar muestras para analizarlas en el laboratorio. En estos casos, tenemos que utilizar MÉTODOS INDIRECTOS. Aprendamos un poco más sobre los métodos indirectos viendo el siguiente vídeo.

ANÁLISIS DE DATOS

Habrás observado que en un experimento se obtienen muchos datos. Se necesita organizar la información y, para ello, se dispone de tablas y gráficas.

• Tablas

La manera más simple de organizar la información es tabularla, ­colocarla en filas o columnas de manera que aparezcan relaciones entre diferentes magnitudes.

Una tabla consta de un encabezado y una serie de datos, y pueden escribirse en horizontal o vertical.

Habitualmente, se coloca ­primero la variable inde­pendiente.

• Gráficas

Observar dependencias a partir de una tabla es bastante difícil. Para hacerlo más fácil, se realiza una representación gráfica de los datos de la tabla.

Una vez que se han analizado los datos, podemos comprobar si las hipótesis planteadas son o no correctas. Que no sean correctas no es un fracaso: saber que algo no se cumple es más conocimiento que no saber nada.

Sin embargo, nos lleva a volver al primer paso: convertir el análisis de resultados en una nueva observación para comenzar otra vez. El método científico es un círculo cerrado que siempre vuelve al inicio.

LEYES Y TEORÍAS

Si las hipótesis han sido confirmadas, podemos construir dos instrumentos:

• Leyes: describen el fenómeno tal y como ha ocurrido y ocurrirá siempre. Pueden ser formuladas con una expresión verbal o con una expresión matemática. Deben ser siempre ciertas y exactas, sin excepciones.

"Las leyes científicas son hipótesis confirmadas por la experiencia que describen cómo sucede un fenómeno mediante un texto o una fórmula."

• Teorías: relacionan múltiples fenómenos conocidos, proponen nuevas relaciones entre variables y permiten realizar nuevas predicciones.

"Las teorías científicas tratan de explicar el porqué de un fenómeno y las causas que lo provocan, de las cuales se derivan las leyes conocidas."

MODELOS CIENTÍFICOS

Cuando la realidad es compleja de imaginar, se establecen lo que conocemos como MODELOS CIENTÍFICOS, que son representaciones sencillas de realidades complejas.

PUBLICACIÓN: EL INFORME CIENTÍFICO

Cuando a consecuencia de un experimento se consigue una ley o se propone una teoría, es necesario que toda la comunidad científica conozca los resultados: es lo que se conoce con el nombre de publicación científica.

"La publicación científica es un tipo de texto muy especializado cuya finalidad es poner en común los descubrimientos e ideas que un determinado equipo ha logrado."

La divulgación permite que la investigación sea comprobada por otras personas dedicadas al estudio, que pueden refutar sus resultados al repetir el experimento o rebatir sus razonamientos al hablar de teorías.

El informe científico consiste en una serie de puntos que transmiten de manera ordenada la información. Con pequeñas diferencias según la finalidad, se pueden concretar en los siguientes: