Fundamentos de Física y Astronomía

1. Fundamentos de Física y Astronomía Introducción Universidad Católica Silva Henríquez

2. Objetivos de la clase • Reconocer a la física como una disciplina científica, cuyas características son producto de un proceso de construcción histórico. • Analizar las características que distinguen a la ciencia de otras disciplinas. • Discutir sobre cómo la comprensión de la naturaleza de la ciencia por parte de los estudiantes, puede ser efectivo tanto al enseñar ciencia, como al enseñar acerca de la ciencia. • Reconocer las escalas de magnitud del mundo atómico y comprender la utilidad de la notación científica para su descripción, haciendo uso efectivo de ella. Universidad Católica Silva Henríquez

3. ¿Qué es la Física? • ¿Qué sé de física? • φύσισ (phisis), realidad o naturaleza • Ciencia que estudia la materia en cuanto móvil y sensible • Ciencia teórica y experimental: “ciencia de la aproximación exitosa” (Kiwi) • Ciencia fundamental ¿? (positivismo) Universidad Católica Silva Henríquez

4. Filosofía Natural • Tales de Mileto (639 ó 624 a. C.) • Demócrito (460 a. C.) • Aristóteles (384 a. C.) • Naturaleza: “la habilidad de ponerse a sí misma en movimiento” • La naturaleza es un modo de ser de las cosas, un principio inmanente de movimiento y de reposo, de operatividad y de desarrollo (llegar a ser) • Aristóteles se dedica al estudio de las causas (aitía) y principios que rigen a los seres naturales. Universidad Católica Silva Henríquez

5. Arquímides (287 a. C.) • Considerado el más notable científico y matemático de la antigüedad, es recordado por el Principio de Arquímedes y por sus aportes al estudio de la palanca, el tornillo de Arquímedes, la espiral de Arquímedes y otros aportes a la matemática, la ingeniería y la geometría. Universidad Católica Silva Henríquez

6. Eratóstenes (276 a. C.) Universidad Católica Silva Henríquez

7. Ptolomeo (165 a. C.) Universidad Católica Silva Henríquez

8. Copérnico (1473 - 1543) • Nicolás Copérnico propuso un modelo que situaba al Sol en el centro del Sistema Solar, años más tarde Johannes Kepler definía un sistema de órbitas y formulaba las primeras leyes físicas que definen la visión que conocemos actualmente. Universidad Católica Silva Henríquez

9. Nueva Ciencia Universidad Católica Silva Henríquez

10. Galileo • Galileo Galilei (Pisa, 15 de febrero de 1564 - Florencia, 8 de enero de 1642). Astrónomo, filósofo, matemático y físico • Sus logros incluyen: la mejora del telescopio, el estudio de la caída de los graves, gran variedad de observaciones astronómicas, la primera ley del movimiento y un apoyo determinante para el copernicanismo. Ha sido considerado como el "padre de la astronomía moderna", el "padre de la física moderna" y el "padre de la ciencia". • Su trabajo experimental es considerado complementario a los escritos de Francis Bacon en el establecimiento del moderno método científico. Universidad Católica Silva Henríquez

11. Newton Universidad Católica Silva Henríquez

12. Newton • Sir Isaac Newton, (1643 – 1727) científico, físico, filósofo, alquimista y matemático inglés, autor de los Philosophiae naturalis principia mathematica, donde describió la Ley de Gravitación Universal y estableció las bases de la Mecánica Clásica. • Newton fue el primero en demostrar que las leyes naturales que gobiernan el movimiento en la Tierra y las que gobiernan el movimiento de los cuerpos celestes son las mismas. • descubrimiento de que el espectro de color que se observa cuando la luz blanca pasa por un prisma es inherente a esa luz • argumentación sobre la posibilidad de que la luz estuviera compuesta por partículas • desarrollo de una ley de conducción térmica, que describe la tasa de enfriamiento de los objetos expuestos al aire • sus estudios sobre la velocidad del sonido en el aire • desarrollo del cálculo integral y diferencial, que utilizó para formular sus leyes de la física. • "Newton fue el más grande genio que ha existido y también el más afortunado dado que sólo se puede encontrar una vez un sistema que rija el mundo.“ (Lagrange) Universidad Católica Silva Henríquez

13. ¿Qué es la ciencia? ¿En qué se diferencia la ciencia de otras disciplinas como la matemática, la literatura o el arte? Universidad Católica Silva Henríquez

14. Aspirina y otros muchos casos • Aspirina: reconocido remedio para el dolor de cabeza • Una investigación muestra que tomar aspirina conlleva el riesgo de desarrollar úlceras  Remedios alternativos (ibuprofeno, por ejemplo) • Otra investigación concluye que tomar aspirina reduce el riesgo de problemas cardíacos  Mejor volver a la aspirina! • Un nueva investigación muestra que las úlceras son provocadas por múltiples factores, y no por la aspirina u otros medicamentos!! • Historias similares tienen el vino, el café, el té, la leche, etc. Universidad Católica Silva Henríquez

15. ¿Buena ciencia o mala ciencia? • El conocimiento científico es tentativo. Universidad Católica Silva Henríquez

16. Tenemos un problema • Un grupo de exploradores, descubrió en las ruinas de la ciudad de una poderosa civilización, un artefacto completamente desconocido, pero que conserva un funcionamiento particular. • ¿Qué hay dentro del artefacto?, se preguntaron los exploradores, pero no pudieron abrirlo. Universidad Católica Silva Henríquez

17. Tenemos un problema Universidad Católica Silva Henríquez

18. Tenemos un problema • ¿Qué hay dentro del tubo que pueda explicar este comportamiento? • Dibuje un diagrama de lo que usted piensa que hay dentro del tubo. • Usando su diagrama, ¿puede predecir qué ocurre al tirar la cuerda C? ¿En qué basa su predicción? Universidad Católica Silva Henríquez

19. Constuya su modelo y pruébelo • Materiales: • Una lámina de cartulina • Un alfiler y un lápiz • Scotch • Cuerda (50 cm) • ¿Funciona su modelo igual que el encontrado por los exploradores? Universidad Católica Silva Henríquez

20. Dos diagramas posibles del interior del tubo ¿Se comporta alguno de estos modelos como el tubo original? Universidad Católica Silva Henríquez

21. Si el tubo que usted construyó funciona exactamente como funciona el tubo original, ¿sabe usted, definitivamente, cómo está construido el tubo original? Universidad Católica Silva Henríquez

22. ¿Es ciencia lo que hemos hecho? • Manipularon variables (las cuerdas) • Recolectaron ciertos datos (observaron o registraron el movimiento de los cabos de cuerda en respuesta a su manipulación) • Dibujaron sus inferencias en forma de un modelo (especulando o hipotetizando sobre la construcción del tubo) • Pusieron a prueba sus hipótesis o inferencias (construyendo su propio modelo y comparando su funcionamiento con el funcionamiento del tubo original) Universidad Católica Silva Henríquez

23. ¿Cómo describir la ciencia? • La ciencia es: • Un cuerpo de conocimiento • Un método o proceso • Un modo de conocimiento o de construcción de realidad Universidad Católica Silva Henríquez

24. Cuerpo de conocimiento • Leyes • Teorías • Conceptos • Principios • Etc. • Las distinciones entre distintas disciplinas se dan por el foco de atención de su cuerpo de conocimiento: estructura y función de los seres; átomos, moléculas, compuestos; fuerzas; características de la pintura; etc. • ¿Cuál es el cuerpo de conocimiento en la actividad del tubo y las cuerdas? ¿De dónde provino ese conocimiento? Universidad Católica Silva Henríquez

25. Método o proceso • Cómo los científicos o practicantes de cualquier disciplina desarrollan su cuerpo de conocimiento es otra característica distintiva. • Frecuentemente, la combinación de un conjunto de procesos y de objetos de interés pueden servir para distinguir entre distintas disciplinas. Los científicos, por ejemplo, apelan al dato empírico, a diferencia de los matemáticos, que no lo requieren. • ¿Habría bastado construir su modelo del tubo, sin hacer observaciones? ¿Hay un hombre diminuto en el interior del tubo que controla su funcionamiento? Universidad Católica Silva Henríquez

26. Método o proceso científico • Algunos de los procesos más comunes usados en ciencia para desarrollar su cuerpo de conocimiento son: • Observación • Organización y representación de datos • Análisis de datos • Formulación de hipótesis y puesta a prueba • Realización de inferencias • Formulación de conclusiones Universidad Católica Silva Henríquez

27. ¿El conocimiento que usted desarrolló acerca del funcionamiento del tubo, se derivó totalmente de los datos empíricos? Universidad Católica Silva Henríquez

28. Modo de conocimiento o de construcción de realidad • Un supuesto básico de la ciencia es que el mundo puede ser conocido a través de la observación empírica. • Sin embargo, es imposible recolectar un conjunto absoluto de datos sobre algún objeto de interés. • ¿Pudo usted abrir el tubo que encontraron los exploradores y ver dentro de él? Universidad Católica Silva Henríquez

29. Naturaleza de la ciencia • La necesaria especulación, presente en el conocimiento científico, le confieren las siguientes características: • El conocimiento científico es parcialmente un producto de la imaginación creativa humana. • El conocimiento científico es tentativo. • El conocimiento científico es parcialmente una función de la subjetividad humana. • El conocimiento científico necesariamente involucra una combinación de observación e inferencia. Universidad Católica Silva Henríquez

30. Viaje al interior de la materia ¿Cuál es la escala del mundo? Universidad Católica Silva Henríquez

31. ¡Si el volumen de una hormiga es ≈ 1mm3, entonces caben en la hormiga unos 1021 átomos! Una hormiga es mil veces más pequeña que un niño (≈ 10-3 m) Un microbio es mil veces más pequeño que una hormiga (≈ 10-6 m) Un átomo es diez mil veces más pequeño que un microbio (≈ 10-10 m) Un núcleo es diez mil veces más pequeño que un átomo (≈ 10-14 m) ¿Cuántos átomos contiene una hormiga? Universidad Católica Silva Henríquez