En esta lección se revisarán algunos de los conceptos unificadores y procesos de la ciencia. Aprenderá las preguntas y los temas que tienen en común cada una de las disciplinas científicas y cómo los científicos buscan respuestas a esas preguntas.
Ya seam químicos, biólogos, físicos o geólogos, todos los científicos averiguan cómo organizar los conocimientos y las observaciones recopilados. Buscan la evidencia y desarrollan modelos para proporcionar explicaciones sobre sus observaciones. Los científicos dependen en gran medida de los dispositivos e instrumentos desarrollados para medir las diferentes propiedades de la materia y de la energía. También utilizan unidades para lograr que las cantidades medidas sean comprensibles para otros científicos. Las preguntas surgidas en cada ciencia son:
- ¿Qué causa el cambio?
- ¿Qué provoca la estabilidad?
- ¿Cómo evoluciona algo?
- ¿Cómo alcanza algo el equilibrio?
- ¿Cómo se relaciona la forma con la función?
Las Sistemas, el Orden y la Organización
¿Qué ocurre cuando una búsqueda en Internet produce demasiados resultados? Claramente, es mejor para obtener algunos resultados que ninguno, pero contar con demasiada información impide que se encuentre rápidamente solamente lo necesario. Si los científicos no organizaran ni ordenaran sistemáticamente la información, el hecho de buscar o de encontrar un dato, o de realizar una comparación sería tan complicado como hallar un libro específico en una biblioteca inmensa en donde los volúmenes seencuentren archivados al azar. En cada ciencia, el conocimiento se agrupa de manera ordenada.
En la biología, un organismo se clasifica dentro de un dominio, reino, filo, clase, orden, familia, género y especie. Los miembros de las mismas especies son los más similares. Las personaspertenecen a la misma especie. Las personas y los monos pertenecen al mismo orden. Las personas y los peces pertenecen al mismo reino, y las personas y las plantas comparten el mismo dominio. Este esun ejemplo de la clasificación jerárquica—cada nivel está incluido dentro de los niveles superiores. Cada especie forma parte de un orden, y cada orden forma parte de un reino, el cual es parte de un dominio.
Otro ejemplo de la clasificación jerárquica sería tu dirección en la galaxia. Ésta incluiría tu número de casa, calle, ciudad, estado, país, continente, planeta, sistema solar y galaxia.
Éste constituye otro ejemplo de la organización biologíca. Cada organismo está compuesto de células. Muchas células componen un tejido. Varios tejidos forman un órgano. Varios órganos hacen un sistema de órganos.
En la química, los átomos se clasifican por su número atómico en la tabla periódica. Se agrupan juntos los átomos con propiedades similares.
Los científicos también clasifican los periódos del tiempo desde la formación de la Tierra hace 4.6 billones de años basándose en los eventos más importantes de aquellas eras. El tiempo en la Tierra se divide en las siguientes eras: Precámbrico, Paleozoico, Mesozoico y Cenozoico. Las eras posteriormente se dividen en periódos, y los periódos en épocas.
La Evidencia, los Modelos y la Explicación
Los científicos buscan la evidencia. El trabajo de un científico es observar y explicar las observaciones utilizando evidencia factual y desarrollando modelos que puedan predecir comportamientos no observados.
La Evidencia Científica Debe:
- ser cuidadosamente documentada y organizada
- ser cuantificable tanto como sea posible
- ser reproducible por otros científicos
Las Explicaciones Científicas Deben:
- ser consistentes con las observaciones y la evidencia
- ser capaces de predecir comportamientos no observados
- ser internamente consistentes (dos enunciados de la misma explicación no deben contradecirse entre ellos)
Los Modelos Científicos Deben:
- ser consistentes con las observaciones
- ser consistentes con las explicaciones
- ser capaces de predecir comportamientos no observados
- cubrir un amplio rango de observaciones o de comportamientos
El Cambio y el Equilibrio
Uno de los pasatiempos favoritos de los científicos es entender la razón por la cual las cosas cambian y porque se mantienen iguales. Por un lado, muchos sistemas buscan el establecimiento del equilibrio. En los organismos a este equilibrio se le llama homeostasis. La tendencia de los organismos es mantener un medio ambiente interno estable, aún cuando el medio ambiente exterior cambia. Cuando las personas sudan, están tratando de refrescarse y mantener su temperatura en equilibrio.
El equilibrio no es un estado en reposo durante el cual no ocurre nada, como se cree común y erróneamente. En el equilibrio químico, los reactantes continúan formando productos y los productos continúan formando reactantes. Sin embargo, la velocidad de formación de reactantes es la misma que la velocidad de formación de productos; por eso no se observa ningún cambio.
Los equilibrios son estados frágiles; y un cambio pequeño, una fuerza mínima, a menudo es suficiente para perturbarlos. Piense en baja súbita de equilibrio.Una pequeña ráfaga de viento, y se pierde el equilibrio. Lo mismo es cierto acerca del equilibrio químico—si se aumenta la presión o la temperatura, el equilibrio cambiará. Su cuerpo sabe muy bien mantener una temperatura estable; pero cuando se enferma, pierde su equilibrio: su temperatura aumenta, y su homeostasis salta por la ventana.
A menudo un cambio es una respuesta a un gradiente o a una diferencia en una propiedad de dos partes de un sistema. A continuación se mencionan algunos ejemplos de gradientes comunes y los cambios que ellos producen.
- Una diferencia de temperatura—provoca que el calor fluya de un objeto más caliente (región) a un objeto más frío (región).
- Una diferencia de la presión—provoca que el líquido (agua) o gas (aire) fluya de una región de mayor presión a una región de menor presión.
- Una diferencia del potencial eléctrico—provoca que los electrones fluyan de un potencial alto a un potencial bajo.
- Una diferencia de la concentración—provoca que la materia fluya hasta que se igualen las concentraciones en dos regiones.
La Medición
Un principio establecido en la ciencia es que las observaciones deben ser cuantificadas tanto como sea posible. Esto significa que además de informar si afuera es un día bonito, un científico necesita definir esta declaración por medio de números. Al oír bonito, dos personas pueden entender dos cosas diferentes. A algunos les gusta el clima cálido; a otros les gusta mucha nieve. Pero el dar los datos específicos de la temperatura, la humedad, la presión, la velocidad y la dirección del viento, los nubes y la precipitación de lluvia nos permite imaginar exactamente qué clase de día bonito tenemos.
Debido a la misma razón, un científico que esté estudiando la respuesta de los perros a un ruido alto no establecería que el perro odia cuando hay ruido. Un científico cuantificaría la cantidad de ruido en decibeles (intensidad de unidades de sonido) y anotaría cuidadosamente la conducta y las acciones del perro en respuesta al sonido, sin hacer juicio alguno sobre los sentimientos profundos del perro.
Ahora que usted se ha convencido de cómo cuantificar observaciones (una práctica saludable en la ciencia), puede ser que esté de acuerdo en la utilidad de los instrumentos y de las unidades.
En la tabla siguiente se muestran las propiedades más comunes medidas por los científicos y las unidades comunes en las cuales son medidas. No tiene que memorizarla, pero puede leerlas para familiarizarse con aquéllas que todavía no conoce.
También debe familiarizarse con los siguientes dispositivos e instrumentos usados por los científicos:
- la balanza: para medir la masa
- el cilindro graduado: para medir el volumen (Siempre se debe leer el fondo de la superficie curveada de agua.)
- el termómetro: para medir la temperatura
- el voltímetro: para medir el potencial
- el microscopio: para observar los objetos muy pequeños, como las células
- el telescopio: para observar los objetos muy lejanos, como otros planetas
La Evolución
La mayoría de los estudiantes tienden a asociar la evolución con la evolución biológica de las especies. Sin embargo, la evolución es una serie de cambios, ya sea gradual, o abrupta en cualquier tipo de sistema. Incluso las teorías y los diseños tecnológicos pueden evolucionar.
Las culturas antiguas clasificaban la materia en fuego, agua, tierra y aire. Ahora puede sonar simplista y gracioso, pero fue un comienzo. Lo importante era preguntar qué es la materia y comenzar a agrupar las diferentes formas de la materia de alguna manera. Mientras se recopilaban más observaciones, nuestra comprensión de la materia evolucionaba. Comenzamos con el aire, el fuego, la tierra y el agua y llegamos a la tabla periódica, a la estructura del átomo y a la interacción de la energía y de la materia.
Considere cómo ha cambiado el diseño de los automóviles y de los aviones a través del tiempo. Piense en un pequeño carruaje de ruedas dobladas halado por un caballo y en un avión con hélices. El autómovil y el avión también han evolucionado.
Así ha pasado con nuestro planeta. De acuerdo con la teoría, hace 200 millones de años todos los continentes actuales formaron un supercontinente. Veinte millones de años después, el supercontinente comenzó a separarse. La Tierra todavía está evolucionando, cambiando a través del tiempo, mientras que sus placas todavía se están moviendo y el centro de la Tierra todavía se está enfriando.
La Forma y la Función
Ésta es la razón por la cual una pluma es tan liviana como una pluma. En la naturaleza y en la tecnología, la forma se relaciona frecuentemente con la función. Las plumas de un pájaro son ligeras, permitiéndole volar más fácilmente. Las arterias se extienden en diminutos capilares, aumentando el área de la superficie para un intercambio de gas. El área de la superficie y el índice de volumen constituyen cuestiones claves en la biología y en la química. Una célula cuenta con una superficie relativamente grande en relación al índice de volumen. Si ésta fuera más grande, el índice se incrementaría. A través de la superficie, la célula regula el transporte de la materia dentro y fuera de ella. Si la célula tuviera un volumen mayor, requeriría más nutrientes y produciría mayores residuos; y el área para el intercambio sería insuficiente. Observe la diferencia entre las hojas de las plantas que crecen en climas cálidos y secos y las hojas de las plantas de climas más húmedos y frescos. ¿Qué función tiene la diferencia en las formas? ¿Ha notado cómo una parvada de pájaros tiende a volar formando la punta de una flecha? Hace muchos años, los esquíes con puntas curvas aparecieron en el mercado y casi han reemplazado a los esquíes con puntas rectas. Existen un sinnúmero de ejemplos de cómo la forma se desarrolla para servir a una función útil. El trabajo de usted es abrir los ojos a estas relaciones y estar preparado para realizar las conexiones en el examen de ciencia del GED.
Esta lección le ha mostrado que existen denominadores en común para todas las ramas de las ciencias y cómo los científicos usan técnicas similares en sus diferentes disciplinas para observar los patrones y los cambios en la naturaleza. Tenga encuenta estos principios claves, pues son proclives a reaparecer—no sólo en el GED, sino también en su vida diaria.
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