Experimentos de Física: Guía para el Estudio de Fenómenos Físicos, Apuntes de Física

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Experimentos de Física

de bajo costo, usando TIC’s

S. Gil

Experimentos de física,

De bajo costo usando TIC´s

Salvador Gil

UNSAM-Buenos Aires - Marzo

sgil@unsam.edu.ar

Prefacio: Objetivo del libro. Como usar este libro. A nuestros colegas. Encuadre filosófico,

Enfoque pedagógico adoptado en este trabajo, Agradecimientos.

Parte I

Módulo I Introducción a las ciencias experimentales

Capítulo 1. Marco de referencia: Rol del laboratorio en el aprendizaje de las ciencias. ¿Por qué hacemos experimentos? Redacción de informes de laboratorio. Seguridad en el laboratorio.

Módulo II Análisis de datos y metrología

Capítulo 2. Análisis gráfico de resultados 2.1 Importancia de la representación gráfica 2.2 Elección de las variables 2.3 Relación lineal 2.4 Relación potencial 2.5 Relación exponencial 2.6 Transformación de variables – seudovariables 2.7 Sugerencias para generar gráficos 2.8 Ejercicios y problemas Capítulo 3. Descubriendo leyes experimentales – Actividades Proyecto. 1 Relación masa – longitud de hojas de una planta. Proyecto. 2 Experimentos con plantas reales
Relación tamaño de una hoja y su masa.
Relación tamaño de una fruta y su masa.
Relación tamaño de una especie de mamífero y su longitud Proyecto. 3 Buscando leyes de conservación en la naturaleza. Proyecto. 4 Importancia del tamaño en Biología Proyecto. 5 Frecuencia de aparición de palabras en los idiomas. Ley de Zipf Proyecto. 6 ¿Por qué la primera página de una tabla o manual de la biblioteca es en general la más ajada? Ley de Benford Capítulo 4. Introducción a la teoría de errores Conceptos básicos de metrología – Incertidumbres de medición 4.1 Introducción 4.2 Sensibilidad, precisión, y exactitud 4.3 Fuente de errores: apreciación, exactitud, interacción, definición. 4.4 Clasificación de los errores: sistemáticos, estadísticos, espurios

Proyecto. 13 Estudio del movimiento en caída libre Proyecto. 14 Determinación de g Proyecto. 15 Conservación de la energía Anexo B. Ecuación de movimiento del péndulo simple Capítulo 10. La cámara digital como instrumento de medición en el laboratorio
Formas geométricas formadas por la sombra de una lámpara Proyecto. 16 Estudio de la sombra de una lámpara Proyecto. 17 Trayectoria de un chorro de agua Proyecto. 18 ♣Uso de video para estudiar la cinemática de un cuerpo - fuerza de roce viscoso en el aire Proyecto. 19 ♣Estudio de la cinemática del tiro oblicuo (i) Caso de roce despreciable (ii) Caso de roce apreciable – Integración numérica de las ecuaciones de movimiento Anexo B. Régimen laminar y turbulento Anexo C. Movimiento de caída en un medio fluido con roce proporcional a v^2

Capítulo 11. La tarjeta de sonido de una PC como instrumento de medición
Tarjeta de sonido de las computadoras personales Proyecto. 20 Determinación de la aceleración de la gravedad usando señales de audio
Ondas sonoras Proyecto. 21 Determinación de velocidad de sonido

Capítulo 12. Midiendo el Sistema Solar desde el aula Proyecto. 22 Determinación del tamaño de la Luna y su distancia a la Tierra - Aristarco Proyecto. 23 Estimación del radio terrestre Proyecto. 24 Determinación del tamaño de la Luna y su distancia a la Tierra – Hiparco Proyecto. 25 Distancia Tierra-Sol Proyecto. 26 Distancia Venus-Sol y Mercurio-Sol Proyecto. 27 Distancia a otros planetas Proyecto. 28 Aplicaciones a la Astronomía y a la Astrofísica. Leyes de Kepler y Ley de Hubble Proyecto. 29 Expansión de Universo y Big Bang. ¿Cómo sabemos esto? ¿Cuando ocurrió? Anexo A. Trayectoria de un rayo de luz en la atmósfera. Anexo B. Períodos de la Luna Parte II

Módulo IV Experimentos de Mecánica

Capítulo 13. Ley de Hooke Proyecto. 30 Determinación de la constante de un resorte Proyecto. 31 Propiedades elásticas de una banda elástica Proyecto. 32 Sistemas de resorte en serie y paralelo Proyecto. 33 Sistema elástico no lineal

Capítulo 14. Leyes de Newton y fuerza de rozamiento

Proyecto. 34 Determinación del coeficiente de roce estático, μe Proyecto. 35 Determinación del coeficiente de roce cinético μd Anexo A. Estudio del movimiento del sistema de dos cuerpos con roce seco Capítulo 15. Oscilaciones libres y amortiguadas
Oscilaciones libres y amortiguadas Proyecto. 36 Estudio del sistema oscilante - Oscilaciones libres Proyecto. 37 Oscilaciones amortiguadas – roce viscoso Proyecto. 38 ♣ Oscilaciones amortiguadas – roce turbulento Anexo B. Oscilador armónico con fuerza de roce turbulento

Capítulo 16. Péndulos Físicos
Período para amplitudes de oscilación pequeñas Proyecto. 39 Estudio de un anillo oscilante Proyecto. 40 Péndulo “No-Intuitivo”
Péndulo reversible de Kater Proyecto. 41 Realización estándar de péndulo de Kater. Medición de g Proyecto. 42 Péndulo de Kater “casero” Capítulo 17. Péndulo cicloidal – Braquistócrona y tautócrona
Involutas e involutas
Arreglo experimental Proyecto. 43 Péndulo simple – Variación del período con la amplitud Proyecto. 44 Péndulo cicloidal Proyecto. 45 Péndulo cicloidal perturbado- oscilaciones anarmónicas Proyecto. 46 Péndulo con evoluta semicúbica- Paradoja de la carrera Capítulo 18. Oscilaciones forzadas – Resonancia en sistemas mecánicos Proyecto. 47 Oscilaciones forzadas Capítulo 19. Parábolas y Catenarias Proyecto. 48 Cadena simple sujeta por sus extremos Proyecto. 49 Cadena con cargas

Capítulo 20. Propiedades elásticas de los materiales. Módulo de rigidez. Flexión de barras. Proyecto. 50 Medición del módulo de Young de alambres de cobre, acero, etc. por método de carga y descarga.
♣Flexión de barras - Teoría de Euler-Bernoulli
♣Barra empotrada con un extremo libre
♣Vibraciones de una barra

Proyecto. 51 Medición del módulo de Young de barras por método estático- Deflexión de barras. Medición cargas y flecha. Proyecto. 52 Deflexión de barras. Determinación de la forma mediante fotografías digitales cargas y flecha Proyecto. 53 Deflexión de una barra delgada. Determinación de la forma mediante fotografías digitales Proyecto. 54 ♣ Medición del módulo de Young de barras por método dinámico. Proyecto. 55 ♣♣Medición del módulo de Young a partir del sonido emitido por la muestra al ser golpeada.

Anexo B. ♣ Resistencia interna de Voltímetros y Amperímetros Resistencia interna de los amperímetros.
♣ Error sistemático introducido por los voltímetros.
♣ Error sistemático introducido por los amperímetros.
♣♣Determinación de la resistencia interna de amperímetros y voltímetros: Capítulo 25. Redes de resistencias Proyecto. 72 Redes de resistencias en 1D – Relación de Fibonacci Proyecto. 73 Resistencias de grafito o realizada con una impresora de chorro de tinta
Redes de resistencias en 2D-Modelo Proyecto. 74 Redes de resistencias 2D Capítulo 26. Puente de Wheatstone y puente de hilo
Introducción Proyecto. 75 Estudio experimental del puente
Puente de hilo
Precisión del puente de hilo
Incertidumbres en las mediciones con puente de hilo: Proyecto. 76 Determinación del valor de una resistencia incógnita usando un puente de hilo

Capítulo 27. Método de las cuatro puntas o método de Kelvin para medir resistencias y resistividad
Determinación de resistencias de bajo valor
Método de las cuatro puntas o método de Kelvin
Medición de la resistividad de una muestra geometría simple-caso 1D. Proyecto. 77 Medición de la resistividad de un alambre por el método de las cuatro puntas
Determinación de la resistividad de una muestra bidimensional Proyecto. 78 Determinación de la resistividad de una muestra plana
Método de van der Pauw- transresistencias – Muestra plana Proyecto. 79 Determinación de la resistividad de una muestra plana pequeña
Muestra tridimensional grande, método de Wenner Capítulo 28. Variación de la resistencia con la temperatura
Modelo simples de conducción en sólidos Proyecto. 80 Variación de la resistencia con la temperatura de un alambre metálico por el método de las cuatro puntas Proyecto. 81 Variación de la resistencia con la temperatura de una aleación metálica Proyecto. 82 Variación de la resistencia con la temperatura de un termistor Anexo B. Modelo simple de conducción en semiconductores Capítulo 29. Conducción en líquidos – Estimación de la carga del electrón
Modelo simples de conducción en líquidos-Electrólisis Proyecto. 83 Conductividad de un líquido - estudio semicuantitativo Proyecto. 84 Conductividad de un líquido – Relación Voltaje-Corriente Proyecto. 85 Conductividad de un líquido – Efecto de la temperatura Proyecto. 86 Estimación de la carga del electrón Capítulo 30. Condensadores y dieléctricos Proyecto. 87 Condensadores en serie y paralelo, instrumental y mediciones básicas Proyecto. 88 Condensador de placas planas paralelas. Variación de la capacidad con la geometría Proyecto. 89 Variación de la capacidad con el medio dieléctrico

Capítulo 31. Circuito RC
Circuito RC Proyecto. 90 Carga y descarga de un condensador usando un sistema de adquisición de datos conectado a una PC Proyecto. 91 Determinación de la resistencia interna de un voltímetro o sistema de adquisición de datos Proyecto. 92 Circuito RC Respuesta estacionaria. Señal cuadrada
Circuito RC excitado- repuesta forzada Proyecto. 93 Circuito RC Respuesta estacionaria. Señal de excitación sinusoidal Anexo B. Determinación de la diferencia de fases entre dos señales Capítulo 32. Fuerza de Lorentz , ley de Ampère
Fuerza entre dos espiras circulares Proyecto. 94 Estudio de la fuerza magnética entre dos espiras circulares Capítulo 33. Ley de Ampère – Ley de Biot-Savart – Mediciones de campo magnético
Introducción Proyecto. 95 Campo magnético terrestre (usando una Brújula) Proyecto. 96 La brújula como magnetómetro. Campo magnético axial de una espira
sensor de efecto Hall Proyecto. 97 Medición de campos magnéticos usando un sensor de efecto Hall Proyecto. 98 Campo magnético de un imán permanente Proyecto. 99 Estudio del campo magnético de un par de Helmholtz Capítulo 34. Ley de inducción de Faraday – Inducción mutua Proyecto. 100 Ley de Faraday I - Análisis cualitativo Proyecto. 101 Ley de Faraday II - Análisis cuantitativo Proyecto. 102 Ley de Faraday III - Variación de número de espiras Proyecto. 103 Campo magnético de una espira a lo largo de su eje, usando la ley de Faraday Proyecto. 104 Campo magnético de una espira a lo largo de su eje usando un lock-in amplifier Proyecto. 105 Ley de Faraday – Paradoja electromagnética o ¿Qué miden los voltímetros? Capítulo 35. Autoindución y circuito RL
Autoindución Proyecto. 106 Característica voltaje-corriente de una autoinductancia
Circuito RL – repuesta transitoria Proyecto. 107 Tiempo característico del circuito RL
Circuito RL conectado a una fuente alterna Proyecto. 108 Respuesta del circuito RL en frecuencia Anexo B. Estimación del valor de la autoinductancia de una bobina Capítulo 36. Caída de un imán permanente por un tubo conductor
Oscilación de un imán permanente en un campo uniforme
Determinación del momento magnético de un imán permanente Proyecto. 109 Determinación del momento magnético de un imán permanente dentro de una bobina de Helmholtz
Pulsos inducidos por un imán al atravesar una espira. Proyecto. 110 Estudio experimental de pulsos inducidos por un imán al atravesar una espira
Caída de un imán por un tubo conductor Proyecto. 111 Caída de un imán permanente por un tubo conductor I Proyecto. 112 ♣ Caída de un imán permanente por un tubo conductor II

Proyecto. 131 Ondas estacionarias en cuerdas
Ondas estacionarias en tubos (Tubo de Kuntz) Proyecto. 132 Ondas estacionarias en un tubo semicerrado - Tubo de Kundt Proyecto. 133 Efecto de la variación de la longitud del tubo Proyecto. 134 ♣♣ Estudio de las resonancias en un tubo usando un Lock-in Amplifier Anexo B. Accionador mecánico de frecuencia variable Anexo C. Ondas de presión unidimensionales Capítulo 42. Interferencia de ondas acústicas. Batido
Principio de superposición
Batido Proyecto. 135 Escuchando la superposición de ondas-Batidos Proyecto. 136 Experimentos cuantitativos – Batido Capítulo 43. Caja cuadrada - Resonadores de Helmholtz
Ondas estacionarias en una caja cuadrada Proyecto. 137 Ondas estacionarias en una caja Proyecto. 138 ♣♣Ondas estacionarias en una caja usando un Lock-in Amplifier
Resonancia de una botella - resonador de Helmholtz Proyecto. 139 Resonancias en una botella. Resonadores de Helmholtz I Proyecto. 140 Resonadores de Helmholtz II Capítulo 44. Ondas de ultrasonido
Ultrasonido
Par ultrasónico Proyecto. 141 Respuesta en frecuencia un par ultrasónico Proyecto. 142 Determinación de la velocidad del sonido
Propiedades físicas de las ondas de ultrasonido Proyecto. 143 Óptica geométrica y física con ultrasonido Capítulo 45. Efecto Doppler
Efecto Doppler –Introducción
Fuente en movimiento circular Proyecto. 144 Estudio del efecto Doppler de una fuente sonora en movimiento circular Proyecto. 145 Estudio del efecto Doppler de una observador en movimiento circular Capítulo 46. Experimentos de óptica geométrica
Óptica geométrica- Leyes de la reflexión y refracción Proyecto. 146 Estudio de la reflexión y la refracción Proyecto. 147 Reflexión total interna
Lentes delgadas Proyecto. 148 Lentes convergentes – Observaciones cualitativas I Proyecto. 149 Propiedades de las lentes – Observaciones cualitativas II Proyecto. 150 Lentes convergentes – Estudio cuantitativo Proyecto. 151 Método sencillo para estimar f de una lente divergente Proyecto. 152 Método cuantitativo para estimar f de una lente divergente Capítulo 47. Experimentos de óptica física
Difracción e interferencia de la luz. La luz como fenómeno ondulatorio Proyecto. 153 Difracción por una rendija o un alambre fino
Determinación de intensidad de un patrón Proyecto. 154 Distribución de intensidad de las figuras de difracción Proyecto. 155 Interferencia por dos rendijas o más rendijas

Proyecto. 156 Medición de λ usando redes de difracción
Polarización – Ley de Malus Proyecto. 157 Ley de Malus

Módulo VII Experimentos con fluidos y física térmica

Capítulo 48. Tensión superficial
Fuerzas de cohesión y adhesión
Ascenso capilar Proyecto. 158 Determinación de la tensión superficial por ascenso capilar Proyecto. 159 Ascenso capilar por una pared en forma de cuña Proyecto. 160 Estimación del Número de Avogadro

Capítulo 49. Experimentos con Fluidos – Experimento de Torricelli
Fluidos ideales y teorema de Bernoulli
Fluidos viscosos Proyecto. 161 Forma de un chorro de agua
Experimento de Torricelli Proyecto. 162 Trayectoria de un chorro de agua. Velocidad de salida Proyecto. 163 Tiempo de vaciamiento de un recipiente Proyecto. 164 Experimento de Torricelli Anexo B. Tiempo de evacuación de un recipiente Anexo C. Vena Contracta Anexo D. Teorema de Torricelli, modelo teórico Capítulo 50. Termometría – Sensores de temperatura
Termómetros- sensores de temperatura Proyecto. 165 Calibración de un termómetro de gas Proyecto. 166 Calibración de un termopar Proyecto. 167 Calibración de una RTD Proyecto. 168 Termómetro basado en un diodo Proyecto. 169 Termómetro basado en un circuito integrado Capítulo 51. Dilatación térmica de sólidos
Dilatación térmica Proyecto. 170 Determinación del coeficiente de dilatación térmica I Proyecto. 171 Determinación del coeficiente de dilatación térmica II

Capítulo 52. Ley de enfriamiento de Newton
Propagación del calor
Enfriamiento de un cuerpo Proyecto. 172 Enfriamiento de un termómetro de vidrio en el aire Proyecto. 173 Enfriamiento de un cuerpo en el aire y en el agua Proyecto. 174 Variación del enfriamiento con la masa

Capítulo 53. Conservación de la energía y calorimetría
Conservación de la energía – Primer Principio de la Termodinámica
Equivalente en agua del calorímetro Proyecto. 175 Conservación de la energía en una mezcla de dos masas de agua

Proyecto. 197 Determinación de la temperatura de Curie de una muestra de ferrita Anexo B. Número de vueltas de las bobinas del toroide Anexo C. Circuito integrador Capítulo 60. Naturaleza estadística del decaimiento radioactivo
Decaimientos radioactivos
La distribución de Poisson Proyecto. 198 Estudio experimental de la estadística del proceso radioactivo Capítulo 61. Dinámica relativista – Colisiones de electrones y fotones – Efecto Compton
Dinámica relativista
Interacción de la radiación con la materia- efecto Compton
Mecanismos de interacción de fotones en un detector de rayos gama Proyecto. 199 Estudio experimental de la colisión fotón-electrón. Efecto Compton Capítulo 62. Interacción de la radiación electromagnética con la materia
Pasaje de la radiación electromagnética por la materia
Determinación del coeficiente de absorción Proyecto. 200 Variación del tiempo muerto del sistema de adquisición Proyecto. 201 Determinación del coeficiente de absorción lineal Capítulo 63. Determinación de la vida media del 40 K – Nucleosíntesis
Nucleosíntesis
Introducción a la espectroscopia de rayos gama
Eficiencia de un detector de rayos gama
Determinación de vidas medias largas Proyecto. 202 Vida media del 40K Capítulo 64. Determinación de la banda de energía prohibida de semiconductores
Banda de energía prohibida de semiconductores
Diodos semiconductores
Introducción Determinación de vidas medias largas Proyecto. 203 Determinación del “band-gap” del Si y del Ge por medio de mediciones eléctricas Proyecto. 204 Determinación del “band-gap” del Si y del Ge II Capítulo 65. Capacidad calorífica de un sólido a bajas temperaturas- Modelos de Einstein y Debye
Capacidad calorífica de un sólido a bajas temperaturas
Fonones en sólidos Proyecto. 205 Determinación de la Temperatura de Debye I Proyecto. 206 Determinación del calor de evaporación del nitrógeno líquido Proyecto. 207 Determinación de la Temperatura de Debye II
Efecto Leidenfrost Proyecto. 208 Observación del efecto Leidenfrost

Capítulo 66. Estimación de la constante solar, la luminosidad del Sol y atenuación de la luz en la atmosfera
La luminosidad del Sol y la constante solar
Extinción de la luz en la atmósfera
Determinación de la irradiancia solar Proyecto. 209 Método simple para medir la irradiancia solar.

Proyecto. 210 Atenuación de radiación solar en la atmósfera Proyecto. 211 Método simple para medir la irradiancia solar
Máxima distancia de visibilidad en el aire, turbidez Proyecto. 212 Máxima distancia de visibilidad en el aire Anexo B. Fotómetros

Apéndices

Apéndice A. Pautas y sugerencias para la redacción de informes Apéndice B. Normas de seguridad en el laboratorio Apéndice C. Método de regresión lineal- Significación de Parámetros de un ajuste Apéndice D. Regresión no-lineal Apéndice E. Introducción a los “Lock in amplifiers” Apéndice F. Sugerencias para la realización de un proyecto experimental

metodológicos de la física y las ciencias en general. Los experimentos están orientados a estudiantes universitarios de ciencia e ingeniería, aunque algunos pueden ser usados en escuelas secundarias. Los proyectos propuestos apuntan a que los estudiantes puedan responder las preguntas: ¿cómo sabemos esto?, ¿por qué creemos en aquello? Estas preguntas ilustran la naturaleza del pensamiento científico. Esta obra se complementa con un portal de Internet (www.fisicarecrativa.com) donde se ofrece un conjunto de vínculos a sitios de Internet de interés para estudiantes y docentes de física, como así también a informes de proyectos similares a los propuestos en este libro, realizados por estudiantes de diversas universidades.

Como usar este libro Los proyectos experimentales propuestos están organizados alrededor de temas relacionados con: metodología y metrología, mecánica, electromagnetismo, termodinámica, óptica, la física moderna y la astrofísica. En particular, los experimentos propuestos intentan ilustrar los fenómenos que dan sustento a los paradigmas básicos de la física, como son las leyes de la mecánica, los principios de conservación de la energía, las ecuaciones de Maxwell, el concepto de onda, la mecánica cuántica, etc. También se busca que los proyectos sean en su mayoría autocontenidos, es decir, que cada uno de ellos pueda ser desarrollado por los estudiantes sin necesariamente haber hecho los que le preceden en el texto.

En cierto modo los proyectos incluidos pueden pensarse como los platos que se ofrecen en un “buffet libre” o “tenedor libre”, donde cada docente o estudiante puede escoger los que le resulten de mayor interés y que se adecuen mejor a sus objetivos. Esto permite que el libro pueda ser de utilidad para cursos de distintas carreras y para estudiantes con distintos niveles de formación. Las actividades indicadas con el símbolo ♣ requieren de un nivel de conocimientos comparable a la de estudiantes de un primer curso de física universitario. Las actividades indicadas con ♣♣ denotan experimentos de mayor nivel de complejidad y aquellos con ♣♣♣ incluyen tópicos algo más avanzados, adecuados para estudiantes que buscan un mayor grado de desafío.

Cada capítulo tiene una breve introducción en la que se revisa brevemente el marco conceptual pertinente a los experimentos a desarrollar. Esta discusión es, por razones de espacio, en general escueta, pero en todos los casos se indica la bibliografía donde se puede encontrar una discusión más extensa de cada tema. Asimismo, se citan revistas orientadas a la enseñanza, que por lo

general son accesibles a estudiantes universitarios, tales como American Journal of Physics, European Journal of Physics, The Physics Teacher, Latin-American Journal of Physics Education, entre otras. Se sugiere enfáticamente que estas fuentes sean consultadas frecuentemente y que se usen en el desarrollo de los cursos. Una de las grandes ventajas que brindan las TICs es la accesibilidad a revistas especializadas. El acercamiento a este tipo de bibliografía permite a los estudiantes ponerse en contacto con las fuentes de conocimiento y relacionarse directamente con el proceso de creación y desarrollo de la ciencia. Es posible que muchos estudiantes se vean estimulados a ser ellos mismos protagonistas de este proceso e intenten publicar sus propias ideas. Estas actividades son un aporte muy valioso y significativo para la formación de profesionales, tecnólogos y científicos.

Otro objetivo que se intenta lograr es que los experimentos puedan realizarse con equipos de bajo costo. Esto amplía la posibilidad de realización de los mismos, ya que en muchos lugares de Latinoamérica sólo se dispone de laboratorios con pocos recursos materiales. En este texto mostramos como una gran variedad de experimentos se pueden realizar con recursos muy modestos, que sin embargo proponen interesantes desafíos a los estudiantes y brindan una oportunidad de aprendizaje significativo, útil y placentero. Dada la disponibilidad creciente de algunos equipos modernos y elaborados en muchos ámbitos laborales, también se incluyen varios experimentos que implican el uso de equipos más sofisticados como detectores de radiación gama, multicanales y amplificadores “lock-in”, entre otros.

En los experimentos introductorios, hemos adoptado una aproximación constructivista. Varios de estos experimentos están planteados de modo que los estudiantes descubran los fenómenos. Asimismo, se induce a los estudiantes, a través de preguntas, a que ellos “construyan” el marco conceptual que explican las observaciones. En algunas actividades se plantean “enigmas” para que los estudiantes, haciendo uso de los paradigmas fundamentales de la física, discutidas en los cursos convencionales, expliquen los resultados que descubren en el laboratorio. Esto permite que los estudiantes experimenten de primera mano los distintos caminos que la ciencia sigue en su desarrollo y evolución. Se busca así que los estudiantes aprendan física por inmersión en su dinámica y desarrollo. El presente libro intenta servir de puente entre los enfoques docentes tradicionales y las nuevas formas de aprendizaje activas o por indagación. El texto está estructurado en módulos que

A mis colegas

Encuadre filosófico

Una de las características distintivas de los tiempos que vivimos es el constante devenir de cambios tanto tecnológicos como económicos, políticos y sociales. También la experiencia de las últimas décadas deja en claro lo terriblemente limitado de nuestra capacidad para predecir el sentido u orientación de estos cambios. Ante estas realidades y limitaciones, surge naturalmente la pregunta: ¿cómo podemos preparar a nuestros estudiantes en ciencias y tecnología, cuando estamos casi seguros de que en su vida profesional usarán técnicas y equipos que hoy nos son desconocidos y que las técnicas y equipos con los que los preparamos seguramente serán obsoletos antes que ellos egresen de nuestras universidades? Desde luego las respuestas a estos interrogantes son muy complejas y difíciles. Sin embargo, el intento de elaborar una respuesta a estos interrogantes es un desafío ineludible para un educador.

Una posible respuesta a este dilema de la educación actual es enfatizar el desarrollo de habilidades y actitudes lo más básicas y amplias posibles, de modo tal que los estudiantes tengan la capacidad de adaptarse a situaciones nuevas y cambiantes. En ese sentido la enseñanza de las ciencias básicas, como la física en este caso, puede hacer un aporte valioso a la formación profesional, siempre y cuando se enfaticen sus aspectos formativos y metodológicos a la par de contenidos de información específicos. Así, por ejemplo, cuando discutimos y estudiamos el péndulo en el laboratorio, esta claro que lo esencial no son necesariamente las leyes del mismo. Es poco probable que alguien termine trabajando con un péndulo en su vida profesional y evidentemente existe abundante información sobre este tema en la literatura que puede ser consultada en cualquier momento. Sin embargo, la metodología que usamos para estudiar el comportamiento de un péndulo, poner a prueba nuestras hipótesis, ensayar explicaciones, analizar críticamente nuestros resultados y buscar información para lograr una mayor comprensión del problema, son comunes a muchas áreas del quehacer profesional de ingenieros y tecnólogos actuales y seguramente del futuro. Por lo tanto, lo que se busca en el presente proyecto, además de presentar algunos contenidos básicos de información , es desarrollar en los estudiantes la habilidad de enfrentarse a problemas nuevos con apertura y rigurosidad. En otras palabras, lo que se busca es que sepan cómo aprender cosas nuevas (aprendan a aprender) y enfrentarse a ellas

con confianza y buen criterio. Si estos objetivos se logran, esta experiencia educativa habrá tenido éxito.

Enfoque pedagógico adoptado en este libro

Aprendizaje por inmersión en la física

Un curso de laboratorio de física no es necesariamente un ámbito donde se ilustran y demuestran todos y cada uno de los conceptos discutidos en un texto o clase teórica. Las limitaciones en tiempo, equipos y personal lo harían seguramente imposible. En ese sentido, los buenos textos, las demostraciones en clases o en videos y las discusiones con los docentes cumplen esa función tal vez con mayor eficacia y economía. Hay sin embargo una misión fundamental e irremplazable del laboratorio en la formación de los estudiantes, mucho más viable y provechosa, que consiste en que los estudiantes aprendan el camino por el cual se genera el conocimiento científico mismo.

Así un objetivo que se consideró importante en esta propuesta, es la introducción de los estudiantes a la comprensión y entendimiento de la ciencia en general y más específicamente de la física. Se enfatiza aquí el aspecto del entendimiento de la ciencia por encima del aspecto de la información científica , es decir se privilegian los aspectos procedimentales de la física. Esto parte de la convicción que lo que caracteriza a un científico no es aquello en lo que cree, sino las razones que lo llevan a creer en eso. Cada teoría científica se basa en hechos empíricos. Con el transcurrir del tiempo se descubren nuevos hechos, otros son modificados o inclusive encontrados erróneos. En consecuencia nuestras concepciones científicas deben ser revisadas y modificadas. Por lo tanto, el conocimiento científico es por su propia naturaleza un conocimiento tentativo que puede ser refutado o falseado.

También se considera importante en un programa de educación científica estimular en los estudiantes el desarrollo de una actitud crítica frente al conocimiento en general y al conocimiento científico en especial. La ciencia es una herramienta muy poderosa para la comprensión y modificación de nuestro mundo, pero es también limitada. Por lo tanto reconocer sus limitaciones es también una faceta esencial para el entendimiento de la misma.