TALLER   No    1

¿QUÉ ES LA FÍSICA?

OBJETIVOS

1.    Identificar la raíces técnicas y sociales que dieron origen a la física

2.    Valorar la importancia de la física  en el desarrollo del pensamiento humano

Parece natural comenzar el estudio de la física planteándonos la pregunta: ¿Qué es la física? En la escuela primaria ya te relacionaste, al estudiar Ciencias Naturales, con algunos fenómenos físicos. Además, probablemente alguna vez has oído la palabra física, en la casa, en la televisión, etc. Tal vez incluso hayas leído algo sobre ella. Por eso, convendría empezar por resumir lo que conoces acerca de la física.

1.    Expresa por escrito tus ideas acerca de lo que es la física. Relaciona aspectos de física que hayas leído o estudiado en otras ocasiones.

A fin de que tengas oportunidad de contrastar las ideas de tu grupo con las de otros, a continuación resumo algunas de las opiniones acerca de la física, expresadas por los estudiantes en otros años:

a.    La física estudia la naturaleza.

b.    Es una ciencia.

c.    Estudia el movimiento de los cuerpos, el sonido, la gravedad, la electricidad, el magnetismo, la luz, el Sol y las estrellas.

d.    Se vincula con la química y con la biología.

e.    Se relaciona con la tecnología y con la vida.

f.     En ella se realizan observaciones, mediciones y experimentos.

He procurado ordenar las opiniones. Los dos primeros literales relacionan la física con la naturaleza y la ciencia. En el c se citan fenómenos y objetos estudiados por ella. Los dos que siguen vinculan la física con otras esferas de la cultura: otras ciencias, la tecnología, la vida cotidiana. Por último, se mencionan algunas actividades características del trabajo de los físicos.

Apoyándose  en las ideas anteriores y en las discutidas en tu grupo, plantea cuestiones en las que convendría profundizar, a fin de adquirir una imagen más completa de la física.         En los grupos a que he  hecho referencia, se llegó a la conclusión de que para enriquecer la visión que tenían de la física, era útil profundizar en cuestiones como las siguientes:

a.    ¿Qué es la naturaleza?

b.    ¿Qué representa el hombre en la naturaleza?

c.    ¿Qué es la ciencia?

d.    ¿Qué estudia la física?

e.    ¿Qué  diferencia a la física de otras ciencias naturales y qué la une a ellas?

f.       ¿Qué importancia tiene la física para otras ciencias, la tecnología, la sociedad y, en general, para la cultura?

g.    ¿Qué actividades caracterizan el trabajo de los físicos? 

2.    Respondan cada uno de los interrogantes  de las conclusiones a las  que llego los grupos a que he hecho referencia, para enriquecer la visión de la física

3.    Agreguen  al listado cuestiones en los que podrían profundizar, a fin de adquirir una imagen más completa de la física.

En este primer Taller, intentaremos dar una respuesta, al menos inicial, a esas cuestiones.

4.    ¿Qué interés pudiera tener para el grupo el estudio de la física? ¿Qué piensan acerca de cómo  resultará dicho estudio, fácil o difícil?

La Física estudia la naturaleza

La palabra física proviene del vocablo griego physis (jisic  en griego), el cual significa naturaleza y que, supuestamente, fue introducido por Aristóteles hace poco más de 2 300 años. En la antigua Grecia, la física reunía todos los conocimientos acerca de la naturaleza.

Habitualmente relacionamos la palabra naturaleza con aquellas cosas de nuestro entorno –plantas, animales, lugares geográficos– que no han sido sustancialmente modificadas por el hombre. Esta noción se originó hace miles de años. En efecto, cuando el hombre comenzó a estudiar el mundo en que vivía, fijó su atención en aquello que existe con independencia de él –tierra, agua, aire, plantas, animales, el Sol, la Luna, el firmamento–y a todo ello lo denominó naturaleza.

5.    Cita ejemplos de cosas creadas por el hombre y que, por tanto, no son “naturales”.

En la actualidad, el concepto de naturaleza se ha ampliado. Hoy conocemos que la integran una diversidad de minerales, plantas y animales, y una variedad geográfica mucho mayores que las conocidas en la antigüedad. Aún más, sabemos que las cosas de la naturaleza con las cuales nos relacionamos directamente, constituyen sólo una parte ínfima de ella. Así, sin ayuda de instrumentos ópticos es posible observar en el firmamento unas 7 500 estrellas, sumando todas las que se ven desde diferentes zonas de la Tierra. Pero esto es únicamente una minúscula parte de la galaxia a la cual pertenecemos: la Vía Láctea. Nuestra galaxia está formada por miles de millones de estrellas y no es más que una de las innumerables que hay en el cosmos.

También podemos apreciar la amplitud de la naturaleza, fijando la atención en el interior de los cuerpos que nos rodean. Como conoces, una parte de ellos –las plantas, animales y, en general, los seres vivos– está compuesta por pequeñísimos organismos: las células, visibles únicamente al microscopio. Sin embargo, cualquier cuerpo, ya sea vivo o no, sólido, líquido o gaseoso, está formado por el agrupamiento de objetos todavía mucho más pequeños: moléculas y átomos.

Los átomos que constituyen los cuerpos pueden ser de 92 tipos diferentes (Hidrógeno, Oxígeno, Aluminio, Hierro, Oro, Uranio etc.), denominados elementos químicos, o simplemente elementos. Ellos están formados, a su vez, por electrones, protones y neutrones. De estos se componen todos los cuerpos que conocemos del universo, desde los que nos rodean hasta las estrellas. La palabra universo se emplea a veces como sinónimo de naturaleza. No obstante, ella abarca no sólo lo que existe con independencia del hombre, sino también lo creado por este, e incluso a él mismo. Por otra parte, la palabra universo resalta una característica esencial del mundo: su unidad, pese a la increíble diversidad que apreciamos en él.

6.    ¿Señala semejanzas y diferencias entre los conceptos de naturaleza y universo?

7.    ¿Qué argumentos darías acerca de la unidad que se enfatiza con la palabra universo?

La Física es una ciencia:  ¿Qué es una ciencia?

Esta pregunta sugiere otras como las siguientes: ¿Por qué la necesidad de la ciencia?, ¿cuándo y dónde apareció?, ¿cuál es su finalidad?, ¿cuáles son sus objetivos? La necesidad de la ciencia está determinada por el hecho de que tanto los sistemas del universo como los cambios, no son como nos parecen a primera vista. Más aún, de la existencia de muchos de ellos, ni siquiera tomamos conciencia espontáneamente. Tal es el caso de sistemas como las galaxias, las moléculas y los átomos, y de cambios como la evolución del universo y la evolución de las especies.

Al guiarse por la apariencia de las cosas, en los hombres surgieron una serie de creencias equivocadas: el cosmos permanece estático, el Sol y la Luna tienen tamaños similares entre sí y las estrellas son mucho más pequeñas que ellos, la Tierra es plana, el Sol se mueve en torno a la Tierra, las especies de animales que actualmente pueblan la Tierra han existido siempre, un cuerpo cae tanto más rápidamente cuanto mayor sea su masa, etcétera.

8.    Proporciona argumentos que refuten las creencias equivocadas anteriormente mencionadas en el texto.

 Lo anterior indica que para conocer determinados sistemas y cambios en profundidad, más allá de la apariencia, resulta necesario llevar a cabo una actividad especialmente dirigida a ello. Esa actividad la realiza la ciencia.

Los orígenes de la ciencia se remontan a 3 000 años a.c. en la antigua Mesopotamia y el antiguo Egipto. Su aparición estuvo motivada por el afán que caracteriza al hombre de conocer y por ciertas necesidades prácticas; por ejemplo, en la antigüedad, la aritmética, la geometría y la astronomía eran muy útiles para la agricultura y el comercio. A partir del siglo XIX, y cada vez en mayor medida, la ciencia ha desempeñado un papel decisivo, a través de la tecnología, en la solución de problemas vinculados a la vida económica, política y, en general, social. La finalidad fundamental de la ciencia es profundizar en el conocimiento de diferentes sistemas del universo y en los cambios que tienen lugar en ellos, con el propósito de satisfacer determinadas necesidades humanas, prácticas y espirituales.

9.    Describe ejemplos de necesidades humanas, prácticas y espirituales, que la ciencia haya contribuido a satisfacer.

De la finalidad de la ciencia, derivan sus objetivos esenciales, sus esfuerzos por responder una serie de preguntas básicas acerca de los sistemas y cambios del universo.

El lugar de la Física en la ciencia

Trataremos de responder ahora dos preguntas estrechamente relacionadas entre sí, planteadas en la introducción a este Taller: ¿Qué estudia la física?, ¿qué la diferencia de otras ramas de la ciencia y qué la une a ellas? Hemos visto que la ciencia estudia sistemas y cambios que tienen lugar en el universo, y cuáles, en concreto, dependen de la rama de que se trate. En particular, las ciencias “naturales” tienen que ver con sistemas y  cambios relativos a la naturaleza –ya sean propiamente naturales o producidos por el hombre– a diferencia de ciencias como la historia y la pedagogía, por ejemplo, que estudian sistemas y procesos sociales y educativos, respectivamente.

Hace 2 000 años, en la antigua Grecia la física reunía, como hemos dicho, todos los conocimientos acerca de la naturaleza. Pero a medida que fue ampliándose lo que el hombre conocía, de aquella física se desprendieron diversas ramas. Hoy día, son numerosas las ciencias que estudian sistemas

y cambios relativos a la naturaleza: química, biología, geografía, etc. La física, tal como hoy la conocemos, tiene una corta edad, no más de cuatro siglos. Su origen podemos ubicarlo en la época en que vivieron Galileo Galilei e Isaac Newton, dos grandes físicos. Una fecha para recordar es 1642, pues ese fue el año de la muerte de Galileo y del nacimiento de Newton.

10.  Prepara un informe acerca de la vida y la labor científica de Galileo Galilei y de Isaac Newton.

Desde entonces, la física investiga sistemas y cambios relativos a la naturaleza,  fundamentales, que están en la base de sistemas y cambios estudiados por otras ciencias y diversas ramas de la tecnología: sistemas como los cuerpos sólidos, líquidos y gaseosos que nos rodean, las moléculas y los átomos, los planetas, las estrellas y las galaxias; y cambios como el movimiento, los procesos térmicos, eléctricos, magnéticos y luminosos. Seguramente, muchas de estas cuestiones coinciden con las ideas que ya tenías acerca de lo que estudia la física.

Hoy día, la física comparte el estudio de algunos sistemas y cambios con otras ciencias y con determinadas ramas de la tecnología. Por ejemplo, el estudio de la estructura de los cuerpos, con disciplinas como la química, la biología, la ingeniería de materiales, la microelectrónica y la ingeniería genética, y el estudio de los sistemas celestes, con la astronomía, la cosmología y la cosmonáutica. Los adelantos alcanzados por la física, y por la ciencia como un todo, hubiesen sido imposibles sin el desarrollo de una de las ramas fundamentales de la ciencia, la matemática. Al propio tiempo, la física y otras ciencias han tenido notable influencia en el progreso de la matemática, especialmente a partir del siglo XVII, en que los físicos comenzaron a utilizar ampliamente el lenguaje de las variables.

11.  Profundiza en la relación que tiene la física con otras ramas de la ciencia.

La física no sólo se relaciona estrechamente con otras ramas de la ciencia y con la tecnología, debido a que comparte con ellas lo que estudia, sino también porque muchos de sus métodos, instrumentos y formas de trabajo son los mismos. Sobre esta cuestión profundizaremos en el   “El trabajo de los físicos”.

12.  Resume, con tus palabras, las respuestas a las dos preguntas planteadas al inicio del epígrafe.

El trabajo de los científicos

Ya tenemos cierta imagen acerca de lo que estudia la física, de su relación con otras ciencias y la tecnología, de su implicación en la sociedad. Intentaremos ahora formarnos una idea sobre las actividades que realizan los físicos, muchas de las cuales, además, son similares a las que llevan a cabo otros científicos. De modo que la pregunta a responder esta vez es: ¿Qué actividades caracterizan el trabajo de los científicos y, en particular, de los físicos? El grupo de alumnos ya mencionado en la introducción discutió colectivamente esa pregunta. A continuación transcribimos un resumen de las opiniones expresadas por ellos:

a.    Los científicos leen libros y revistas.

b.    Hacen cálculos.

c.    Trabajan con ecuaciones.

d.    Llevan a cabo observaciones y realizan experimentos.

e.    Efectúan mediciones.

f.     Elaboran informes sobre los resultados obtenidos.

13.  Analiza las opiniones anteriores y trata de enriquecerlas.

14.  ¿Cuáles de las actividades señaladas como características del trabajo científico, son también habituales en la vida cotidiana y cuáles no?

Una actividad no incluida en la relación anterior, pero imprescindible hoy en la labor científica, es la valoración del estudio que se lleva a cabo, de su repercusión económica, social, o para la propia ciencia, de sus posibles efectos negativos, etc. Otra cuestión no incluida es la comunicación y el intercambio entre los científicos, por ejemplo, mediante revistas, reuniones científicas, el correo electrónico. Cabe señalar que la lectura, las mediciones y otras actividades, no son exclusivas del trabajo científico, pero cuando se realizan como parte de él, tienen una finalidad diferente: responder a determinadas preguntas previamente formuladas. Por su parte, la observación, la experimentación y las operaciones con ecuaciones, sí son distintivas del trabajo científico o tecnológico.

15.  Esclarece la afirmación del párrafo anterior acerca de que las actividades que forman parte del trabajo científico tienen la finalidad de “responder a determinadas preguntas previamente formuladas.

La observación en la ciencia se diferencia de lo que a veces llamamos así en la vida cotidiana, ante todo por su finalidad. En la ciencia esta se lleva a cabo, a fin de responder preguntas como las siguientes: ¿cuáles son las características de los sistemas y cambios estudiados?, ¿cómo es la estructura de los sistemas?, ¿qué factores determinan las características de los cambios? Con frecuencia también se distingue por el empleo de determinados instrumentos tecnológicos: microscopios, telescopios, etc. En la ciencia, observar no es simplemente mirar.

16.  Menciona ejemplos de observaciones en las ciencias naturales, indicando sus objetivos y algunos de los instrumentos utilizados.

La experimentación consiste en el diseño y realización de algún proceso, por supuesto, también con el propósito de responder determinadas preguntas. En ella siempre está presente la observación.

17.  Diseña y lleva a cabo un experimento con el fin de responder las preguntas: ¿Depende la rapidez con que cae un cuerpo de su tamaño? ¿Qué elementos influyen en las características de la caída de los cuerpos?

18.  En tu opinión, ¿qué diferencia al experimento de la observación?

La observación y la experimentación van casi siempre acompañadas de mediciones. Estas son indispensables en la mayoría de las ramas de la ciencia, en la tecnología y en la vida diaria. A las mediciones dedicaremos el próximo Taller

 Ramas  de  la  Física