10 Ejemplos CORTOS del método científico

Problema: Los cubos de hielo y su tiempo de derretimiento.

Observación: Coloca cada cubo de hielo en un plato de distinto material, en ellos observa el tiempo en que tardarán para derretirse ¿Por qué los cubos de hielo no se derriten al mismo tiempo?

Hipótesis: Posiblemente uno de los platos sea un conductor de calor, y por lo tanto, hace que el hielo se derrita más rápido.

Experimentación: Verifica al transcurrir cada cierto tiempo cuál de los cubos se van deshaciendo más rápido y en qué tipo de envase.

Conclusión: De acuerdo con esto, se puede decir que cuando un sólido se calienta, su temperatura aumenta hasta que comienza a derretirse y pasa a la forma de líquido. En este punto la temperatura permanece constante hasta que el sólido se derrite por completo (punto de fusión).

Esto ocurre principalmente por el material en el que está expuesto el hielo debido a que la madera y el metal no tienen las mismas propiedades, se debe especialmente a que los metales son excelentes conductores de calor, ya que transfieren el calor por medio de una sustancia, la cual es llevada por dos componentes con distintas temperaturas, las mismas aparecen desde el componente más caliente (metal) hasta el más frio (hielo), hasta que ambos tengan una misma temperatura, algo que no sucede con la madera por no disponer dicha característica.

Problema: ¿Por qué cambian de estado ciertas sustancias con líquido?

Observación: Observa sustancias minoritarias (hielo) en una disolución, es decir, estas sustancias se encuentran disueltas en un determinado disolvente (agua).

Hipótesis: ¿Cómo cambia el hielo en diferentes presentaciones?

Experimentación: Inicialmente, coloca en un vaso varios cubos de hielo, luego, agrega agua llenándola hasta el borde para así llevar los cubos a flote. Observarás que el hielo no estaba totalmente sumergido en el agua porque éste lo impulsa, ya que el hielo tiene menor densidad (1 g/cm3). Luego de cierto tiempo, el hielo aumenta su volumen y disminuye en la diversidad, por eso es que se sobrepone al agua y al momento de derretirse no se vuelve completamente agua, ya que el hielo que sobresalía se transforma en vapor (aunque no se observa a simple vista) y la parte que está dentro del agua vuelve a su estado líquido. Aquí, hablamos de “solubilidad”, ya que es la cantidad de soluto que puede disolverse en agua.

Conclusión: La solubilidad es cuando se combina un sólido soluble con un líquido, aquél comienza a diluirse y la concentración del soluto se acrecienta poco a poco. Una vez que todo el sólido se ha diluido, la concentración se mantiene constante y está definido por el peso de soluto diluido y el volumen de la separación.

De acuerdo a este razonamiento, para comprender la definición de solubilidad es necesario conocer los términos de soluto y de disolvente. El soluto es la sustancia que se disuelve en otra, mientras que el solvente es la sustancia que disuelve al soluto. La solubilidad de una materia depende de la condición del soluto y del disolvente, además de la temperatura. Ejemplo de ello, podemos decir que a diario utilizamos diferentes solventes como el agua, para las pinturas que se usan en el interior de las casas; el tinner, para las pinturas de esmaltes o de aceites; el alcohol, para la tinta de algunos marcados, entre otros.

Problema: ¿A qué temperatura se evapora el líquido más rápido?

Observación: Debes estar muy atento para calcular el tiempo y la temperatura en que se evapora el líquido colocado en el artefacto.

Hipótesis: Cuando un artefacto está en una fuente de calor por poco tiempo, el líquido se evapora de forma rápida.

Experimentación: Observarás que en un primer momento el sartén estaba a temperatura ambiente, luego al colocarlo en la fuente de calor durante unos segundos, la temperatura aumentó,  le agregaste gotas de agua en donde se pudo apreciar que se evaporaron más rápido, ya que las gotas permanecieron unidas; por el contrario, al estar el sartén en la fuente de calor por más tiempo, las gotas se separaron, evaporándose más lento. Aquí, se desarrolla el proceso denominado “punto de ebullición”.

Conclusión: De acuerdo con esto,  podemos decir que cuando un líquido se calienta, su temperatura incrementa hasta que se produce un evidente burbujeo. De esta forma, la temperatura se mantiene constante, es decir, que el líquido está burbujeando, hirviendo o en ebullición y pasa a la forma de gas, es decir, se evapora.

Problema: ¿Qué sucede cuando el aire caliente y la humedad en un trozo de tela se colocan juntos en una bolsa?

Observación: Coloca la bolsa cerca del aire caliente junto con un trozo de tela y observa que sucede minutos después.

Hipótesis: La formación de gotas de agua a raíz del agua evaporada en una bolsa de plástico con aire caliente.

Experimentación: Pon la bolsa con un poco de aire sobre la fuente de calor, luego se coloca alrededor de la misma un trapo húmedo, en pocos minutos se comienzan a formar unas pequeñas gotas de agua en algunas partes de la bolsa; esto se debe a que el agua evaporada se condensa para formar varias gotas. Posteriormente, cuando la bolsa se enfría hace que esas gotas caigan en estado líquido como, por ejemplo: la lluvia. Aquí, se desarrolla el proceso denominado “condensación”.

Conclusión: De acuerdo con esto, podemos concluir que la condensación es el cambio de estado que se obtiene en una materia al atravesar del estado gaseoso al estado líquido. Tanto la temperatura como la presión pueden variar dependiendo de la sustancia que queremos condensar.

Problema: ¿Cuáles sustancias presentan distintas densidades y cuáles sustancias no?

Observación: Observa las distintas sustancias presentadas para el experimento, su atracción y rechazo.

Hipótesis: La densidad de las distintas sustancias junto con la incorporación de objetos, para verificar la gravedad que existe entre ellos.

Experimentación: En una botella ve incorporando varias sustancias como agua, miel, aceite, alcohol; se observa que cada una de ellas presenta distintas densidades. La miel es más densa, luego el agua, el alcohol y el aceite. Las moléculas de un líquido son afines como en el caso del agua y el alcohol, estas se atraerán; por lo contrario, si las moléculas no se unen, como el caso del agua y el aceite, no hay atracción, y el líquido menos denso quedará sobre el más denso.

Posteriormente, cierra la botella para mezclar todas las sustancias, después de unos minutos se observa que todas las sustancias vuelven a su lugar inicial, siendo la miel la primera en asentarse por tener mayor densidad. Finalmente, incorpora un clavo, un grano de arroz y una grapa; todos ellos caen al mismo tiempo por la gravedad que actúan en ellos. Aquí, hablamos de “densidad”, ya que esta propiedad depende de la masa y del volumen correspondiente a una determinada cantidad de materia.

Conclusión: De esta manera  la densidad depende de la relación masa / volumen y se define como la masa incluida en una unidad de volumen. Mientras mayor sea la cantidad de materia incluida en una unidad de volumen, mayor será la densidad de la sustancia y viceversa. La relación de masa / volumen es un valor constante para cada sustancia. Al respecto, se puede señalar que la densidad del agua es de 1g/cm3, del aceite de 0,92 g/cm3, del alcohol es de 0,789 g/cm3 y la de la miel es de 1,402 g/cm3.

Por otra parte, podemos explicar el hecho gravitatorio de la experiencia en base a la ley de la gravedad o ley de la caída de los cuerpos descubierta por Galileo Galilei y perfeccionada por Isaac Newton, la misma hace referencia a que los cuerpos en este caso el clavo, la grapa y el grano de arroz, caen al vacío de la botella con una misma velocidad por poseer pesos iguales o semejantes.

Problema: ¿La presión juega un factor fundamental al momento de inflar un globo?

Observación: Debes estar pendiente en qué momento juega un papel fundamental la presión para que el globo se pueda inflar.

Hipótesis: La diferencia de presión en distintas temperaturas hace que el globo se infle o no, dentro o fuera de la botella.

Experimentación: En un principio, dispone durante unos segundos agua caliente en una botella de vidrio, luego retira el líquido y coloca un globo en la boca de dicha botella. Comprueba que la botella después de haberle retirado el agua, sigue caliente; igualando su temperatura con la temperatura del ambiente, pues va a utilizar la presión atmosférica para igualar también la presión que hay dentro de la botella. La presión del ambiente va a intervenir en el equilibrio del proceso. También observa que, el globo es absorbido hacia adentro por la botella (haciendo el intento de inflarse), tratando de expandirse para poder que la presión se ajuste.

Finalmente, realiza el mismo procedimiento, pero después de haber retirado el agua caliente a la botella y de haberle colocado el globo, ponla dentro de un envase con hielo; al enfriarse el sistema, éste volverá a su temperatura, a su estado inicial. El globo que trató de inflarse hacia adentro desde el comienzo, luego de un tiempo en temperatura fría, hace el intento de salir. Aquí, hablamos de “presión”.

Conclusión: Concluimos que la presión del aire y la presión atmosférica tienen una estrecha relación, puesto que de ellas dependerá la fuerza que se ejerza en la botella, además de la temperatura en la que se vea expuesta. Generalmente pensamos que la presión es la cantidad de fuerza que se ejerce sobre un objeto en cuestión; cuando un elemento se encuentra inmerso en ella, además se encuentra bajo una elevación de temperatura que aumenta su volumen causando lo observado en la experiencia.

Problema: ¿Por qué se mueven algunos objetos?

Observación: Verifica si el material que se va a utilizar permite la movilidad de la moneda y otros objetos como el sacapunta, borrador, trompo, o que todos ellos estén en estado de reposo.

Hipótesis: El movimiento de la moneda y otros objetos en diferentes superficies

Experimentación: Realiza dos procedimientos:

En el procedimiento (a), observa que independientemente del material que coloques sobre la boca del vaso (1 carta de baraja, 1 hoja blanca, 1 trozo de cartón), al darle un golpe fuerte, hace que la moneda que se encuentra sobre ello (os) se mueva, dejando de estar en un estado de reposo para estar en un estado en movimiento. Al utilizar 1 tozo de tela, se la moneda tardó un poco más en caer por la superficie de la misma, ya que no es firme, por ello, la forma del material influyó en este procedimiento.

Conclusión procedimiento (a): Aquí, se desarrolla la “Ley de la Inercia”. Los golpes dados a los diferentes materiales hicieron que la moneda se moviera, y su inercia la mantuvo en su posición, pero como la gravedad estaba actuando sobre ella, hizo que esta cayera al fondo del vaso.

En el procedimiento (b), Observa que los objetos (sacapuntas, borradores, monedas, trompo) que están encima de la hoja, en el extremo que se encuentra expuesto dispuesto sobre la mesa, se hallan en un estado de reposo. Luego, al momento de jalar la otra parte de la hoja que sobresale de la mesa, se ejerce una fuerza, y dichos objetos se mueven levemente, para así, volver a su estado original (estado de reposo). Aquí, se desarrolla nuevamente la “Ley de la inercia”.

Conclusión procedimiento (b): De acuerdo con esto, la inercia es la característica que tienen los cuerpos de mantenerse quietos en reposo – descanso, o en movimiento rectilíneo con una rapidez constante (a no ser que exista algún impulso que transforme este estado). Por tal motivo, a mayor inercia, es más difícil modificar el estado del cuerpo.

“Primera ley. Todo organismo en descanso sigue en descanso a menos que sobre se ejerza una fuerza externa. Un organismo en movimiento continúa moviéndose con rapidez constante a menos que sobre el proceda una fuerza externa”.

Problema: ¿Cuál es la fuerza que se le ejerce a los objetos?

Observación: Nota que, al momento de ejercer una fuerza hacia arriba a la tabla, se logra un ángulo de inclinación y así se puede obtener el movimiento de los diferentes objetos. Además, se toma en cuenta la fricción de una superficie a otra y la superficie del material.

Hipótesis: La fuerza que se ejerce en un objeto ayuda a su aceleración en cualquier superficie.

Experimentación: Este procedimiento se realiza en la tabla de madera con diferentes ángulos y diferentes objetos:

Conclusión: Es importante tener en cuenta que a medida que aumentamos  el ángulo a la tabla (fuerza que se ejerció), el objeto cayó con mayor facilidad; al disminuir el ángulo los objetos no se pudieron mover. También se realizó en el acrílico, en donde los objetos se deslizaron más rápido, porque tuvieron menos fricción.

El grado de inclinación de un ángulo, es lo que va a determinar la fuerza. Por ende, a mayor ángulo, mayor peso. De acuerdo a la base donde se encuentre el objeto dependerá la fricción del mismo. Si un objeto se desliza más rápido significa que la superficie es más lisa y por ende, tiene menos fricción. De acuerdo con esto, se desarrolla la “Ley fundamental de la dinámica”, en la que al ejercer una fuerza a un objeto en particular, ocasionará que esta se acelere con la misma fuerza en la que se ejerció el movimiento, y su vez tomará la misma dirección con la que fue ejecutada.