|
BLOQUE TEMÁTICO:
|
Bloque III. Un modelo para describir la
estructura de la materia
|
|
TEMA:
|
Los modelos en la ciencia
|
|
SUBTEMAS:
|
• Características e importancia de los modelos en la ciencia
|
|
APRENDIZAJES ESPERADOS
|
• Identifica las características de los modelos y los reconoce como
una parte fundamental del conocimiento científico y tecnológico, que permiten
describir, explicar o predecir el comportamiento del fenómeno estudiado
|
Características e importancia de los modelos en la ciencia1 .
El hacer modelos siempre ha sido una respuesta del hombre par entender el mundo. Los científicos entienden por modelo una representación o analogía conveniente de un sistema real. Hace ya muchos años (1966) que la prestigiosa revista Scientific American promocionó un Concurso internacional sobre modelos de aviones construidos con papel. Se presentaron más de 10 000 modelos procedentes de 30 países distintos. Entre los constructores se encontraban ingenieros aeronáuticos, científicos prestigiosos y escolares de pocos años. Los trofeos se llamaron leonardos, en honor a Leonardo de Vinci, famoso por sus modelos aerostáticos. El hacer modelos siempre ha sido una respuesta del hombre para entender el mundo. El papel, la arcilla, el barro, los ladrillos, la madera, las cuerdas, las colas, el yeso, los plásticos, etc, siempre fueron útiles materias primas para hacer modelos del mundo físico en todos los tiempos. Los ingenieros navales ensayan sus modelos de buques de vela y fragatas de combate en túneles hidrodinámicos y los ingenieros aeronáuticos analizan el poder ascendente y la fuerza de arrastre de aviones miniaturas colgados de cables sobre dinamómetros de gran precisión sumergidos en túneles aerodinámicos con vientos huracanados. En los científicos (físicos, químicos, biólogos, geólogos, meteorólogos, etc.), el concepto de Modelo es algo distinto a la copia de un objeto real. Por modelo entienden una representación o analogía conveniente de un sistema real. Los fenómenos que ocurren en el sistema se analizan como si éste se diseñara de acuerdo con el modelo. A veces, el modelo tiene por objeto reemplazar el sistema real para simplificar su estudio. Por ejemplo, podemos considerar que la Tierra y la Luna son partículas puntuales que poseen la masa de los astros considerados. Un modelo es a veces una imagen mental de la estructura o propiedades de un sistema. Así, la luz ha sido modelada como un flujo de partículas discretas (fotones) o como una onda continua y finalmente se introdujo el concepto de onda asociada a una partícula que fue ratificada experimentalmente. Ambos modelos confluían en uno solo y la luz se comportaba como una dualidad onda-partícula.
Los criterios principales que un modelo debe satisfacer son los siguientes:
1. El modelo debe ser lo más simple posible.
2. El modelo no debe ser incompatible con las teorías establecidas en campos de estudio relacionados.
3. El modelo debe ser capaz de predecir fenómenos que puedan ser comprobados experimentalmente
Entonces podemos denominar modelo a:
Una representación conceptual o física a escala de un proceso o sistema (fenómeno), con el fin de analizar su naturaleza, desarrollar o comprobar hipótesis o supuestos y permitir una mejor comprensión del fenómeno real al cual el modelo representa.
Para hacer un modelo es necesario plantear una serie de hipótesis (proposición cuya verdad o validez no se cuestiona en un primer momento, pero que permite iniciar una cadena de razonamientos que luego puede ser adecuadamente verificada), de manera de que lo que se quiere representar esté suficientemente plasmado en la idealización, aunque también se busca, normalmente, que sea lo bastante sencillo como para poder ser manipulado y estudiado. Podemos decir que el sistema físico nos ayuda a comprender la realidad y, en este sentido, es una aproximación a ella. Cuando el sistema físico en estudio tiene propiedades que son fácilmente perceptibles con nuestros sentidos, el peligro de confundir el sistema con la realidad no es grande, pues ellos nos informan rápidamente del error. No ocurre lo mismo cuando tratamos de estudiar átomos, núcleos o partículas que viajan a velocidades cercanas a la de la luz, muy lejos de nuestra experiencia sensorial. Si miramos o tocamos la piedra, percibiremos que al pensar nuestro sistema físico "piedra" no tuvimos en cuenta su forma o su temperatura, porque estas cantidades no resultaban esenciales para nuestro estudio. Pero es muy difícil saber si se ha dejado de lado alguna propiedad esencial cuando se estudian entes alejados de la percepción de nuestros sentidos, por ejemplo, las partículas subatómicas.
Algunos modelos:
Modelos físicos: utilizados en el diseño de represas, puentes, esclusas, puertos, aeronaves, etc.
Modelos matemáticos: modelos de simulación conceptual, por ejemplo utilizados en hidrología e hidrogeología.
Modelos numéricos o simulaciones por computadora.
Modelos analógicos: se basan en las analogías que se observan desde el punto de vista del comportamiento de sistemas físicos diferentes que, sin embargo, están regidos por formulaciones matemáticas idénticas.
El rol de la Matemática en la Física y en la Química
La Física se vale del idioma de la Matemática. El científico representa los conceptos básicos mediante símbolos matemáticos, por ejemplo: x, posición; t tiempo; etc. y establece métodos experimentales precisos para asignarles a estos signos valores numéricos. De esta manera, las relaciones cualitativas entre los conceptos ("cuando se suelta un cuerpo en el vacío, su velocidad aumenta a medida que cae") se transforman en relaciones cuantitativas, expresadas mediante ecuaciones ("cuando se suelta un cuerpo en el vacío y cae una altura h, su velocidad aumenta una cantidad = 2gh , donde g es una constante que toma el mismo valor en cualquier lugar de la Tierra").
Por ejemplo, cuando Isaac Newton necesitó estudiar la relación de las órbitas de los planetas con la fuerza gravitatoria que se ejercen mutuamente, debió desarrollar previamente métodos de cálculo que constituyeron la base del análisis matemático.
TAREA PARA ENTREGAR EL JUEVES 28 FEBRERO
Construir un modelo que represente cualquier fenómeno de interés científico, explicar su fundamento teórico.
Seguramente habrás utilizado en la escuela algunos modelos para explicar fenómenos naturales. Seleccioná uno de ellos, nómbralo y explícalo brevemente.
