MODULO 2 NOTAAS DE CLASE CIENCIAS EXPERIMENTALES.pptx

notas de clase de ciencias experimentales

1. MODULO 2 NOTAS DE CLASE GABRIELA QUIÑONEZ ECHEVERRIA PROFE: PRISCILA PRADO This Photo by Unknown Author is licensed under CC BY-NC-ND

2. El "gran problema" del movimiento en el contexto de los inicios de la ciencia moderna puede interpretarse como la superación de las concepciones aristotélicas y medievales del movimiento, y la necesidad de desarrollar un nuevo marco conceptual y metodológico para explicarlo, lo que culminó en la física de Galileo y Newton. Este proceso implicó un cambio fundamental en la forma de entender la realidad, alejándose de explicaciones teológicas para centrarse en la causalidad natural y el uso de las matemáticas como herramienta fundamental. Problemas y avances clave en el estudio del movimiento en la ciencia moderna: El abandono del geocentrismo y la adopción del heliocentrismo: La defensa de la teoría heliocéntrica por parte de Galileo Galilei, en contra de la Iglesia y la Santa Inquisición, fue un hito crucial. Su trabajo y el de Kepler, quien demostró las órbitas elípticas, transformaron la comprensión del movimiento celeste. El método científico: La Revolución Científica, iniciada alrededor del siglo XVI y XVII, sentó las bases de la ciencia moderna a través de la aplicación del método científico, que enfatiza la observación, la experimentación y la formulación matemática de las leyes naturales. La formulación de las leyes del movimiento: Galileo Galilei es considerado el padre de la ciencia moderna por haber formulado las primeras leyes sobre el movimiento, que posteriormente serían ampliadas por Isaac Newton en sus Principia Mathematica . La emancipación del pensamiento científico: El caso de Galileo simboliza la emancipación del pensamiento científico de las tradiciones e instituciones religiosas, impulsando un enfoque más racional y empírico. La unidad cognitiva y el método de Descartes: René Descartes, con su énfasis en la claridad, la distinción y la división de problemas complejos en partes más simples, buscó establecer un método universal para alcanzar la verdad

3. La Revolución Copernicana, iniciada por el astrónomo polaco Nicolás Copérnico con su modelo heliocéntrico, propuso que el Sol, y no la Tierra, era el centro del universo, un cambio radical frente al modelo geocéntrico ptolemaico. Tycho Brahe, a pesar de vivir contemporáneamente a Copérnico y ser un astrónomo de renombre, propuso un modelo geo-heliocéntrico, en el que la Tierra permanecía inmóvil en el centro, pero los demás planetas giraban alrededor del Sol, el cual a su vez orbitaba la Tierra. Sus observaciones precisas y recopilación de datos astronómicos sin precedentes fueron cruciales para el desarrollo de la astronomía moderna, incluso cuestionando la exactitud de las tablas existentes y modelos como el de Copérnico, aunque no lo adoptó por completo. La Revolución Copernicana: Heliocentrismo: La idea central de Copérnico era que el Sol estaba en el centro del universo, y la Tierra y los demás planetas giraban a su alrededor. Desafío al geocentrismo: Este modelo se oponía frontalmente al sistema geocéntrico de Ptolomeo, que había sido aceptado durante siglos y contaba con el apoyo de la doctrina religiosa y la filosofía aristotélica. Impacto intelectual: La Revolución Copernicana no solo transformó la astronomía, sino que también tuvo profundas implicaciones para la filosofía, la religión y la ciencia en general. Las observaciones de Tycho Brahe: Datos precisos: Brahe fue un astrónomo notable por su dedicación a la observación astronómica, acumulando datos extremadamente precisos para su época, incluso más que las tablas existentes y el modelo copernicano en cuanto a algunas predicciones. Modelo geo-heliocéntrico: Ante la falta de observación de paralaje (cambio aparente de posición de un objeto debido al cambio de ubicación del observador), que él no observaba, Brahe formuló su propio modelo donde la Tierra era el centro, pero los planetas giraban alrededor del Sol. Contribuciones a la refutación de ideas antiguas: Sus observaciones de fenómenos como el cometa de 1577 permitieron refutar teorías aristotélicas sobre la inmutabilidad de los cielos y la naturaleza de los cometas, demostrando que estos existían más allá de la atmósfera terrestre. Base para Kepler: A pesar de no ser copernicano, las meticulosas observaciones de Brahe, especialmente sobre la órbita de Marte, fueron fundamentales para que su ayudante, Johannes Kepler, desarrollara sus famosas leyes del movimiento planetario, lo que finalmente validaría el modelo heliocéntrico y sentaría las bases de la astronomía moderna.

4. Las leyes de Kepler, formuladas por Johannes Kepler, describen el movimiento de los planetas alrededor del Sol. Estas leyes, basadas en observaciones astronómicas, establecen que las órbitas planetarias son elípticas, los planetas barren áreas iguales en tiempos iguales, y existe una relación entre el período orbital y el tamaño de la órbita. A continuación, se detallan las tres leyes de Kepler: 1. Primera ley (o ley de las órbitas): Los planetas se mueven alrededor del Sol siguiendo órbitas elípticas, con el Sol situado en uno de los focos de la elipse. 2. Segunda ley (o ley de las áreas): Una línea imaginaria trazada desde el Sol hasta un planeta barre áreas iguales en tiempos iguales. Esto implica que la velocidad orbital de un planeta no es constante; es mayor cuando está más cerca del Sol y menor cuando está más lejos. 3. Tercera ley (o ley de los períodos): El cuadrado del período orbital de un planeta (el tiempo que tarda en completar una vuelta alrededor del Sol) es directamente proporcional al cubo del semieje mayor de su órbita elíptica (la mitad de la longitud del eje más largo de la elipse). En resumen, las leyes de Kepler proporcionan una descripción precisa del movimiento planetario y fueron fundamentales para el desarrollo de la mecánica celeste, allanando el camino para la ley de la gravitación universal de Newton.

5. Galileo Galilei es considerado una figura clave en el nacimiento de la mecánica moderna debido a sus estudios pioneros sobre el movimiento de los cuerpos, cuestionando las ideas aristotélicas y estableciendo leyes fundamentales basadas en la experimentación. Sus principales contribuciones a la mecánica incluyen el establecimiento de la ley de la inercia, el principio de la relatividad del movimiento y la ley de la aceleración uniforme de la caída de los objetos, además de sus estudios sobre el péndulo y el movimiento parabólico de proyectiles. Contribuciones de Galileo a la mecánica: Estudio del movimiento acelerado: Galileo realizó experimentos con planos inclinados para analizar la caída de los objetos, demostrando que estos aceleran uniformemente independientemente de su masa. Ley de la Inercia : Estableció el principio de que un objeto en movimiento uniforme y rectilíneo permanecerá en ese estado a menos que actúe una fuerza externa sobre él. Principio de la Relatividad: Postuló que el movimiento uniforme y rectilíneo de un sistema no se refleja en los procesos que ocurren dentro de dicho sistema. Isocronismo del péndulo: Observó que el tiempo que tarda un péndulo en completar una oscilación depende solo de su longitud, y no de la amplitud de la oscilación. Movimiento parabólico : Estudió la trayectoria de los proyectiles, describiéndola como una parábola. Énfasis en la experimentación: Desafió la tradición filosófica al colocar la experiencia como el juez inapelable de las teorías científicas, marcando un punto de inflexión hacia la física moderna.

6. Las leyes de Newton, también conocidas como leyes del movimiento de Newton, son tres principios fundamentales de la física que describen la relación entre la fuerza y el movimiento de los cuerpos. Estas leyes revolucionaron la mecánica clásica y son la base para entender cómo se mueven los objetos en el universo. Las tres leyes de Newton son: 1. Primera Ley o Ley de la Inercia: Un objeto en reposo permanece en reposo, y un objeto en movimiento permanece en movimiento con velocidad constante en línea recta, a menos que una fuerza externa actúe sobre él. 2. Segunda Ley o Principio Fundamental de la Dinámica: La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa. La fórmula matemática que representa esta ley es F = ma (Fuerza = masa x aceleración). 3. Tercera Ley o Principio de Acción y Reacción: Por cada acción, existe una reacción igual y opuesta. En otras palabras, si un objeto ejerce una fuerza sobre otro, el segundo objeto ejercerá una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta sobre el primero. Estas leyes tienen aplicaciones en diversos campos, incluyendo la ingeniería, la biología, la medicina y la economía. Son fundamentales para el diseño y análisis de estructuras, el modelado del movimiento de organismos, el diseño de prótesis y equipos de rehabilitación, e incluso para el estudio del comportamiento de los mercados, entre otros.

7. La ley de la gravitación universal, formulada por Isaac Newton, establece que la fuerza de atracción entre dos objetos con masa es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa; esta ley fue el resultado de la aplicación del método científico, que incluye observación, formulación de hipótesis, experimentación y la creación de teorías. El Método Científico y la Ley de la Gravitación Universal: Observación: Newton observó fenómenos como la caída de objetos y el movimiento de los planetas y la Luna. La observación de la manzana cayendo y la Luna orbitando la Tierra fue crucial para intuir la existencia de una fuerza que actuaba a distancia. Hipótesis: A partir de sus observaciones, Newton hipotetizó que la misma fuerza que hacía caer la manzana era la que mantenía a la Luna en órbita alrededor de la Tierra y a los planetas alrededor del Sol. Importancia y Aplicaciones: Fenómenos naturales : La ley explica las mareas, el movimiento de los cometas y las órbitas elípticas de los planetas. Comprensión del universo: Esta ley fue fundamental para la comprensión del universo y tuvo profundas implicaciones culturales y filosóficas durante la Ilustración. Cálculo de fuerzas gravitacionales: Permite calcular la magnitud de la fuerza de atracción entre dos objetos, como la de la Tierra sobre nosotros, o la de la Luna. Experimentación y Derivación Matemática:  Newton, utilizando datos y observaciones previas (como las leyes de Kepler sobre el movimiento de los planetas), derivó la relación matemática de la fuerza gravitatoria: (F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}), donde (F) es la fuerza, (G) es la constante de gravitación universal, (m_1) y (m_2) son las masas de los objetos, y (r) es la distancia entre sus centros. Teoría:  La formulación de la ley de la gravitación universal unificó la mecánica celeste y terrestre, explicando una amplia gama de fenómenos y consolidándose como una teoría fundamental de la física. El experimento de Cavendish, realizado en 1798, confirmó experimentalmente la teoría de Newton en el laboratorio, permitiendo determinar el valor de la constante (G). 

8. La geología es la ciencia que se dedica al estudio de la Tierra, incluyendo su composición, estructura, procesos internos y externos, historia y recursos naturales. Es una disciplina fundamental dentro de las ciencias de la Tierra, ya que proporciona conocimientos esenciales para entender la evolución del planeta y su dinámica. ¿Qué estudia la geología? La geología abarca una amplia gama de temas, incluyendo: Composición y estructura de la Tierra: Estudia los diferentes materiales que componen el planeta, como rocas, minerales y suelos, así como la disposición de estos materiales en capas internas (corteza, manto, núcleo). Procesos geológicos: Investiga los procesos dinámicos que dan forma a la Tierra, como la tectónica de placas, la actividad volcánica, la erosión, la sedimentación y los procesos relacionados con el agua (ciclo hidrológico). Historia de la Tierra: Analiza los cambios que ha experimentado el planeta a lo largo del tiempo, desde su formación hasta la actualidad, utilizando registros geológicos como fósiles y rocas. Recursos naturales: Estudia la distribución y origen de recursos como minerales, combustibles fósiles (petróleo, gas, carbón), agua subterránea y otros materiales de interés económico. Interacción con la vida: Investiga la relación entre los procesos geológicos y la evolución de la vida en la Tierra, incluyendo el impacto de los cambios geológicos en los ecosistemas y la influencia de los seres vivos en la formación de rocas y paisajes.

9. Ramas de la geología: La geología se subdivide en diversas ramas especializadas, cada una con su enfoque particular: Geología estructural: Se centra en la deformación de la corteza terrestre y la formación de montañas, fallas y pliegues. Petrología: Estudia la composición, origen y clasificación de las rocas. Mineralogía: Se dedica al estudio de los minerales, incluyendo su estructura, propiedades y ocurrencia. Estratigrafía: Analiza la secuencia de capas de rocas sedimentarias y su correlación temporal. Paleontología: Investiga los fósiles para comprender la historia de la vida en la Tierra. Geoquímica: Aplica principios químicos al estudio de la composición y procesos geológicos. Geofísica: Utiliza métodos físicos (sísmica, gravedad, magnetismo) para investigar el interior de la Tierra. Hidrogeología: Se especializa en el estudio de las aguas subterráneas y su relación con la geología. Geología ambiental: Analiza la interacción entre los procesos geológicos y el medio ambiente, incluyendo la contaminación, la gestión de recursos y la prevención de riesgos geológicos.

10. Las eras geológicas son divisiones de la escala de tiempo geológico que representan grandes periodos en la historia de la Tierra, caracterizados por cambios significativos en la geología y la vida. Estas eras se subdividen en períodos, y a su vez, los períodos se dividen en épocas. Las cuatro eras principales son el Precámbrico, Paleozoico, Mesozoico y Cenozoico. Principales Eras Geológicas: Precámbrico: La era más antigua, que abarca desde la formación de la Tierra hasta el inicio del Paleozoico. Se caracteriza por la formación de los primeros continentes y la aparición de la vida primitiva. Paleozoico: Conocida como la "era de los peces", se caracteriza por la aparición de una gran diversidad de vida marina, como trilobites, peces y anfibios. También se forman grandes cadenas montañosas. Mesozoico: La "era de los reptiles", famosa por los dinosaurios. Abarca desde la extinción de muchos animales del Paleozoico hasta el inicio de la era Cenozoica. También es la era de las primeras aves y mamíferos, así como de las plantas con flores. Cenozoico: La era actual, también llamada "era de los mamíferos". Se caracteriza por la diversificación y dominación de los mamíferos, incluyendo la aparición del ser humano. Los continentes adquieren su posición actual, aunque siguen moviéndose lentamente. Subdivisiones: Períodos: Las eras se dividen en períodos. Por ejemplo, el Paleozoico se divide en Cámbrico, Ordovícico, Silúrico, Devónico, Carbonífero y Pérmico. Épocas: Los períodos se dividen en épocas. Por ejemplo, el Cenozoico se divide en Terciario y Cuaternario, que a su vez se subdividen en épocas como Paleoceno, Eoceno, etc. Importancia: El estudio de las eras geológicas es fundamental para comprender la historia de la Tierra, la evolución de la vida, y los cambios ambientales que han ocurrido a lo largo del tiempo. La escala de tiempo geológico nos permite situar los eventos en su contexto temporal y entender la relación entre los procesos geológicos y biológicos.

11. El vulcanismo es el conjunto de fenómenos relacionados con la actividad volcánica, incluyendo la salida de magma (roca fundida), gases y cenizas a través de la corteza terrestre. En México, el vulcanismo es un fenómeno importante, especialmente en el Cinturón de Fuego del Pacífico, donde se encuentran varios volcanes activos. Concepto: El vulcanismo se refiere a la actividad de los volcanes, que son aberturas en la corteza terrestre por donde sale magma y otros materiales. El magma, al salir a la superficie, se convierte en lava y se solidifica al enfriarse. Además de lava, las erupciones volcánicas también pueden liberar gases y cenizas. El vulcanismo es un proceso geológico que forma parte del ciclo de las rocas y está relacionado con la tectónica de placas. Vulcanismo en México: México se encuentra en una zona de alta actividad volcánica debido a su ubicación en el Cinturón de Fuego del Pacífico. Algunos volcanes importantes en México son el Popocatépetl, el Volcán de Fuego de Colima y el Pico de Orizaba, entre otros. El vulcanismo en México puede representar un riesgo para las poblaciones cercanas a los volcanes, por lo que es importante la vigilancia y el estudio de estos fenómenos. Tipos de Vulcanismo: Erupciones hawaianas: Lavas fluidas, con explosiones poco frecuentes. Erupciones estrombolianas: Lavas menos fluidas, con explosiones periódicas. Erupciones vulcanianas: Lavas viscosas, con explosiones violentas. Erupciones peleanas : Lavas muy viscosas, con nubes ardientes. Importancia del estudio del vulcanismo: Comprender el vulcanismo ayuda a evaluar los riesgos asociados a las erupciones volcánicas y a proteger a las poblaciones. El estudio del vulcanismo también contribuye al conocimiento de la dinámica interna de la Tierra y al ciclo de las rocas.

12. La sismicidad se refiere a la frecuencia e intensidad de los sismos (terremotos o temblores) en una zona específica a lo largo del tiempo. Está directamente relacionada con la actividad geológica de una región, especialmente con los límites y el movimiento de las placas tectónicas, que son la causa principal de la mayoría de los sismos. Causas de la Sismicidad: Tectonismo : Es la causa más común, donde el desplazamiento y la colisión de las placas tectónicas generan sismos. Vulcanismo: Las erupciones volcánicas pueden producir sacudidas en las áreas cercanas. Por hundimiento: La disminución del agua subterránea puede causar vacíos y el colapso del terreno. Por deslizamiento : Movimientos normales de las placas tectónicas, generalmente de menor magnitud. Por la acción del hombre: Actividades como explosiones atómicas pueden inducir sismos. Medición y Detección: Magnitud: Se mide en escalas logarítmicas, como la de Richter, que cuantifica la energía liberada por un sismo. Detección: Los sismos se detectan mediante equipos llamados sismógrafos o sismómetros, que registran las ondas sísmicas y las convierten en un registro gráfico llamado sismograma. Importancia y Riesgo Sísmico: La sismicidad de una región es crucial para evaluar el riesgo sísmico, que considera la probabilidad de un sismo con potenciales daños y pérdidas, influenciado por la actividad sísmica, la geología local, la vulnerabilidad de las construcciones y la capacidad de respuesta. Países como México tienen una alta sismicidad debido a su ubicación en límites de placas tectónicas, con miles de sismos registrados anualmente.