¿A DÓNDE VAMOS?

Las habilidades científicas Niños realizando mediciones. La ciencia tiene como propósitos esenciales conocer y explicar el mundo que nos rodea. El conocimiento y las explicaciones científicas se distinguen de otras formas de conocimiento y explicación de los fenómenos que nos interesan, porque están basadas en supuestos que deben ser comprobados. Este conocimiento avanza mediante la investigación. En una investigación científica se aplican el saber, las habilidades y el trabajo, individual y de conjunto, de las personas que en ella participan. La combinación de estos factores logra que los resultados particulares de cada investigación aporten algo al conocimiento general del mundo y que, con ello, nos beneficiemos todos. Por ejemplo, cuando se estudia una enfermedad, los resultados de las investigaciones nos hacen posible saber más sobre las causas que la producen, sobre el funcionamiento del cuerpo humano, pero también sobre cómo controlarla. De ahí que se diga que la ciencia hace aportaciones al bienestar de las personas. Científica observando a través de un microscopio. En las lecciones de este bloque has visto que, para conocer mejor el mundo que nos rodea, muchos hombres y mujeres han participado en el proceso de avance científico y tecnológico, el cual representa años y hasta siglos de investigaciones sobre algún tema. Para obtener datos sobre la naturaleza resulta indispensable observar y hacer mediciones en objetos y fenómenos. Durante todo este tiempo, los científicos han desarrollado su propia forma de trabajo para estudiar y tratar de explicar los fenómenos que ocurren en la naturaleza. Cada uno aporta un granito de arena al saber humano. Con el paso de los años, se suman al saber científico muchos supuestos y explicaciones, pero también se desechan otras. Por ejemplo, como viste en la primera lección de este libro, por largo tiempo se aceptó que la Tierra era el centro del Universo y que todos los demás astros giraban alrededor de ella, pero esta explicación se desechó cuando Copérnico demostró que la Tierra gira alrededor del Sol. En esta lección analizarás en qué consiste el trabajo científico y qué habilidades específicas deben desarrollar las mujeres y los hombres que se dedican a la ciencia. Entre estas habilidades se cuentan la observación, la medición, la comparación, la experimentación, la explicación y la difusión de resultados. Como encontrarás a continuación, a lo largo de tu educación primaria y especialmente en las clases de Ciencias Naturales, tú has puesto en práctica algunas de estas habilidades y también has utilizado instrumentos que te han facilitado la obtención de datos sobre los fenómenos y objetos que te rodean. Observar Una de las primeras habilidades que deben desarrollar los científicos es la observación. Ellos y ellas observan con atención los seres vivos o los objetos que estudian, para distinguir hasta los más pequeños y finos detalles. Algunas veces observan procesos cortos, como puede ser una reacción química o un objeto que cae. En otras ocasiones, y sobre todo en biología, realizan observaciones durante un periodo prolongado para notar cambios en el crecimiento de plantas o en el comportamiento de algunos animales o de microorganismos. Científicos realizando observaciones en el campo y en un laboratorio químico. Con el estetoscopio es posible oír los latidos del corazón y el funcionamiento de los pulmones. La observación más común y directa que hacen de las cosas es mediante el sentido de la vista. Pero, para sacar el mayor provecho de la observación, es necesario que utilicen todos los sentidos y que, en ocasiones, extiendan sus capacidades humanas gracias al uso de ciertos instrumentos. a) Con los binoculares se puede observar el comportamiento de los animales sin perturbarlos. b) La lente de una lupa aumenta varias veces lo que se desea observar. c) La cámara fotográfica permite captar imágenes. Por ejemplo, con el microscopio pueden ver organismos que no se observan a simple vista. Otro ejemplo es el estetoscopio, con el que pueden oír los latidos del corazón. Cuando se quiere observar un objeto con mayor detalle es necesario que se utilicen lentes que aumentan su imagen. Las lentes son piezas de vidrio o de plástico que se pulen para darles formas especiales. Una gota de agua, por ejemplo, puede funcionar como una lente sencilla, ya que hace que la imagen de un objeto aumente un poco. El microscopio tiene lentes muy poderosas que aumentan muchas veces lo que se desea observar. Hay otras lentes muy poderosas, capaces de hacer ver los objetos muchas veces más grandes de lo que en realidad son. Nudo de raíz de haba ampliado 40 veces La capacidad de ampliación de una lente puede calcularse fácilmente. Por ejemplo, si una lente, como la lupa, logra aumentar tres veces el tamaño de la imagen de un objeto, entonces la capacidad de ampliación de la lente será de tres. El microscopio es más potente que una lupa porque tiene por lo menos dos lentes Cuerpo plumoso de un alga ampliado 300 veces que, combinadas, logran aumentar la imagen de un objeto desde 100 veces hasta un millón. Dependiendo de lo que se quiera observar, debe enfocarse con una lente distinta; por ejemplo, para ver objetos relativamente grandes como la pata de un insecto, se utiliza el menor aumento. Si se desea observar algo más pequeño, como un microorganismo, deberá enfocarse con la lente de mayor aumento. La capacidad de ampliación de una lupa Las lupas son instrumentos que nos permiten observar detalles al modificar el tamaño de la imagen de un objeto. Estimar y calcular cuántas veces aumenta una lupa el tamaño de las imágenes puede resultar divertido. Necesitas: una lupa, un pedazo de cartulina de 15 x 20 cm, un lápiz, tijeras, una regla Observa, a través de la lupa, una parte de la lombriz que aparece en esta página. Anota en tu cuaderno el número de segmentos que ves y estima cuántas veces crees que se amplió la imagen. Mide el diámetro de la lente de tu lupa y traza en el centro de la cartulina un círculo del mismo tamaño. Recorta el círculo haciendo un agujero en el centro para que te sea más fácil cortar sobre la línea. Ahora observa la lombriz a través del agujero de la cartulina. Procura colocarla en el mismo lugar y a la misma distancia en que pusiste la lupa. Cuenta el número de segmentos que ves y regístralo en tu cuaderno. Calcula la capacidad de ampliación de tu lupa, dividiendo el segundo registro entre el primero. ¿Cuál fue la capacidad de ampliación de tu lupa? ¿Qué tan diferente fue de tu estimación? Ahora usa una regla para medir la capacidad de aumento de tu lupa. ¿Cómo lo harías? ¿Qué diferencias encuentras entre este resultado y los anteriores? ¿Cuál consideras que es más preciso? ¿Por qué? Comparar Mes de septiembre en un calendario italiano del siglo xiii Algo que distingue al conocimiento científico es la búsqueda de ciclos y regularidades, es decir, de características que se repiten siguiendo un mismo patrón. Un ejemplo de esto es el día y la noche, que siempre ocurren de la misma manera y que se repiten indefinidamente. El modo más común de encontrar estas regularidades es mediante la comparación. Así, los astrónomos de la antigüedad construyeron los primeros calendarios haciendo observaciones de la bóveda celeste y comparando las regularidades que observaron a lo largo de varios periodos de tiempo o ciclos. Cuando después de observar, medir o experimentar un científico anota o registra sus resultados, es necesario que los compare con otros que ya se conocen. Calendario azteca Los astrónomos compararon, después de muchas temporadas, las mismas regularidades, lo que les permitió construir una forma de registrar el paso del tiempo, es decir, un calendario. Comparar datos, experimentos o procesos nos permite encontrar diferentes relaciones que pudieran existir. Por ejemplo, como viste en la lección 7, los picos de los pinzones varían de acuerdo con el lugar donde habitan y su forma está relacionada directamente con el tipo de alimentación que cada especie consume. Esto sólo se pudo averiguar con el método comparativo. De igual manera, los paleontólogos han confirmado que hace mucho tiempo los continentes estuvieron unidos formando la masa continental denominada Pangea, como viste en la lección 3. Al hacer estudios comparativos del tipo de animales que habitan ahora en diferentes partes del planeta, se han dado cuenta de que su distribución actual se debe al movimiento de los continentes. Lo que originalmente fue una sola población se separó en varias, las cuales habitan en continentes distintos de acuerdo con su distribución actual. Un ejemplo de lo anterior son los marsupiales que estudiaste en el bloque 1. Medir Se puede estimar la edad de un árbol midiendo la circunferencia de su tronco. Un caso particular de la comparación es la medición. Al medir un objeto o sustancia, éste se compara con una unidad de medida. En tus clases de Matemáticas y de Ciencias Naturales has aprendido a medir y a utilizar diversas unidades de medida e instrumentos de medición. Con ello, has podido darte cuenta de la importancia que tiene la medición en la obtención de información y en la solución de problemas. Algo semejante ocurre en el trabajo científico. Balanza de mucha precisión que se usa en los laboratorios para pesar pequeñas cantidades de sustancias, como una pizca de sal. Al investigar, comúnmente los científicos realizan estimaciones para tener una idea aproximada de, por ejemplo, la distancia entre dos estrellas, el número de individuos que forman una población de abejas, el tamaño y el peso de cierto ser vivo, o el tiempo que tarda una reacción química; pero, en general, para cumplir con los propósitos de sus investigaciones requieren tener datos más precisos. Entonces, realizan mediciones con procedimientos e instrumentos que les permiten comprobar sus estimaciones. La medición es una de las capacidades que desarrollaron los seres humanos desde la antigüedad, especialmente del peso, el tiempo y la longitud. Desde entonces se ha inventado una gran cantidad de instrumentos para medir y, al estandarizarse las unidades de medida, se han ido perfeccionando los sistemas de medición. Por ejemplo, en un principio las longitudes se medían en pasos, pies o dedos pulgares, entre otras medidas. Tuvo que pasar mucho tiempo para que, en la mayoría de los países, se utilizara el metro, que es una medida estándar, o sea que tiene el mismo valor en cualquier parte del mundo, a diferencia de las manos o los pies, cuyo tamaño varía de una persona a otra. Un metro equivale a la diezmillonésima parte de la distancia entre el Polo Norte y el ecuador. ¿Sabías que... el metro se estandarizó desde hace más de 200 años? Esta unidad de medida se obtuvo al medir el trozo de meridiano, o línea imaginaria, que va del Polo Norte al ecuador, pasando por París. Esta distancia se dividió en 10 millones de partes iguales y la longitud de una de esas partes es lo que hoy se conoce como metro. Una vez establecida la dimensión del metro, se construyó con esa medida exacta una barra de platino, llamada metro patrón, Metro patrón la cual se conserva en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas en Francia. En México existe una copia del metro patrón en el Centro Nacional de Metrología en la ciudad de Querétaro. Todo instrumento de medida se construye con base en un patrón. Termómetro de laboratorio Termómetro ambiental Como viste en la lección 28, el tiempo también se mide y la unidad de medida más usada por los científicos para medir el tiempo es el segundo. Otra medida que a menudo les interesa realizar en sus investigaciones, es la de la temperatura, para lo cual usan diversos tipos de termómetro, como por ejemplo el que utiliza un médico para medir la temperatura corporal y saber si el paciente tiene fiebre. En general, en ciencia, los grados centígrados (°C) son la unidad de medida más usual para la temperatura. En el caso del peso, quienes realizan investigaciones científicas utilizan distintas clases de balanza, dependiendo de lo que quieren medir. Con mucha frecuencia en los laboratorios se deben pesar objetos muy pequeños o cantidades diminutas de sustancias que requieren balanzas muy precisas. Las unidades de peso más comunes son el gramo (g) y el kilogramo (kg). Una característica importante del proceso de medir es que los resultados o mediciones se expresan siempre en cantidades y por eso se dice que son cuantitativos, para diferenciarlos de otros datos que resultan de la investigación, a los cuales se les denomina cualitativos. Por ejemplo, el peso y la talla de los seres humanos son datos cuantitativos, mientras que otras características, como el color de los ojos o del cabello son cualitativas. Experimentar Para la ciencia es sumamente importante la curiosidad, que es una característica que nos distingue a los humanos de otros seres vivos. Hacernos preguntas acerca del mundo a nuestro alrededor y encontrarles respuestas nos ayuda a comprender y a valorar nuestro entorno. Una investigación científica se inicia siempre con una pregunta: ¿Cómo es...? ¿Por qué es así? ¿Qué pasaría si...?, son algunas de las preguntas más comunes de las que parten los científicos, quienes, al observar y medir cuidadosamente un fenómeno y al relacionar las observaciones con conocimientos que ya tienen, pueden dar una primera explicación de lo que ocurre. Sin embargo, toda predicción que hagan debe ser comprobada, para lo cual frecuentemente diseñan experimentos. Al diseñar un experimento buscan reproducir un proceso. Para ello, deben tener en cuenta ciertos factores que cambian durante el proceso, como la temperatura, el tiempo o la distancia. Estos factores se denominan variables y, en ocasiones, es necesario controlarlos. Por ejemplo, si se desea conocer la rapidez a que se desplaza un vehículo, puede medirse el tiempo que tarda en recorrer una distancia fija, o bien la distancia que recorre en un tiempo fijo. Si lo que se fija es la distancia, entonces se dice que varía el tiempo que tarda el vehículo en recorrerla. Si lo que se fija es el tiempo, entonces varía la distancia que éste recorre. En ciencia siempre deben controlarse algunos de estos factores o variables, ya que de otra manera no podrían interpretarse los resultados que se obtienen de un experimento. Observa y analiza el siguiente esquema para que comprendas mejor la idea de variable. Explicar y difundir resultados La televisión y algunas revistas se usan para que las personas conozcan los avances de la ciencia, aunque no sean especialistas. Una vez que un científico o una científica realizan una investigación deben exponer claramente lo que ocurrió en ella. Este proceso suele ser muy interesante, porque requiere poner en orden los resultados, interpretarlos y explicarlos y, en ocasiones, eso es lo que les toma más tiempo. Para corroborar que la explicación es correcta, deben realizar varias veces las mediciones y los experimentos. Con ello confirmarán que su explicación es válida, lo cual hace posible que sea aceptada por otros miembros de la comunidad científica. Finalmente, es muy importante que los resultados y las explicaciones sean conocidos por otros colegas y por la sociedad en general. Para ello, se cuenta con muchos medios como son libros, revistas especializadas, la red de información en computadoras y también se realizan reuniones, llamadas congresos, donde los científicos se reúnen a exponer y comentar sus investigaciones. Cuando un descubrimiento o invento es relevante para muchas personas y para el avance de la ciencia de un país o del mundo, es difundido por la prensa, la radio y la televisión. También hay revistas y programas de radio y televisión dirigidos al público no especializado, que explican, de manera sencilla, los descubrimientos de la ciencia. Así, todos podemos informarnos de los avances científicos sin necesidad de ser especialistas. ¿Sabías que... otra forma de acercarse a la ciencia es por medio de los museos? Actualmente en México existen cada vez más museos dedicados a mostrar los avances de las ciencias y la tecnología. El diseño de los más actuales está pensado para que las personas, pero en especial las niñas y los niños, interactúen con los objetos o procesos que allí se exhiben, y refuercen o amplíen sus conocimientos de forma divertida. Los procesos científicos Durante tus cursos de Ciencias Naturales has realizado diferentes actividades en las cuales, a partir de preguntas que te planteaste o que se te plantearon en el texto, aplicaste algunas habilidades que se requieren para hacer una investigación, como: observar, medir, comparar, experimentar, explicar tus resultados y compartirlos con tus compañeros. ¿Recuerdas cómo lo hiciste? Entre las actividades que realizaste están: Recuerda y revisa lo que hiciste en la sección de actividades “Manos a la obra“ a lo largo de tus cursos de Ciencias Naturales. Escoge un ejemplo en particular y trata de identificar en qué momento aplicaste alguna de las situaciones anteriores. Comenta tus reflexiones con el resto de tus compañeros y anota en tu cuaderno tus conclusiones.

El tallado de piedras se inicia aproximadamente hace 500 000 años. Puntas de flecha y lanza elaboradas en piedra hace 400 000 años. Desde hace 400 000 años, los homínidos controlan el fuego. Las agujas de hueso se usaban para coser las pieles de animales con fibras vegetales, hace 20 000 años. Las primeras balsas se construyeron con troncos unidos por enredaderas, hace aproximadamente 17 000 años. Las pinturas rupestres a menudo representaban actividades relacionadas con la caza que incluían figuras de animales. Las más antiguas datan de hace 12 000 años. El uso de metales comenzó en Europa con el cobre y el oro. El primero se fundía para producir herramientas y armas (5500 a.C.). La rueda se utilizó por primera vez en Mesopotamia (5000 a.C.). Barco de vela (4000 a.C.). El arado se enganchaba a bueyes mediante un yugo de madera y lo guiaba el labrador (3500 a.C.). El papiro se cultivaba para obtener láminas donde escribir (3000 a.C.). Escritura en papiro.

Eje y aspas de un molino de trigo impulsado con agua (3000 a.C.). Los cristaleros egipcios utilizaban hornos de carbón vegetal hacia el año 3000 a.C. Las primeras máquinas para taladrar incluían un arco, una cuerda y una flecha (2500 a.C.). Los carros de guerra fueron útiles para el transporte en las batallas (2000 a.C.). El bronce alcanzó un amplio uso en Europa alrededor del año 2000 a.C. Era más duro que el cobre. El hierro comenzó a utilizarse en la India; los trabajos con este metal pronto sustituyeron a los de cobre y bronce (1200 a.C.). La lana se convirtió en una fibra útil para la elaboración de ropa, alrededor del año 1200 a.C. La balanza romana fue inventada aproximadamente en el año 1000 a.C. El sello y el troquel de barro mesoamericanos se empleaban para decorar tejidos y pieles en el año 700 a.C., aproximadamente.

Primeras monedas de plata usadas en Europa (600 a.C.). El faro de Alejandría servía para guiar las embarcaciones a puerto (280 a.C.). Los instrumentos de viento se fabricaban con cañas huecas, huesos y arcilla (200 a.C.). Palanca de riego que facilitó las labores de siembra (100 a.C.). Vasos de vidrio soplado del imperio romano (100 d.C.). En China la tinta sólida se frotaba sobre una piedra y se mezclaba con agua para producir tinta líquida (100 d.C.). La carretilla china permitió transportar con facilidad cargas muy pesadas (230). Algunas figuras mesoamericanas tenían ruedas (500). La energía del viento se utilizaba en Europa para mover aspas de madera y moler granos (650). El hilo de algodón se comercializó rápidamente, en el año 700 aproximadamente. Las primeras impresiones sobre papel se hicieron en China (750). Invención de la pólvora en China (900). El uso de la brújula mejoró mucho la orientación y fue muy útil para los viajeros (1000).

La rueca se inventó en Europa para producir hilo de lana o de algodón (1000). Los anteojos empezaron a usarse en Europa entre 1280 y 1290. Cañón primitivo construido en China hacia el año 1300. El telar horizontal tenía un marco para separar los hilos. Se usó hacia el año 1300 aproximadamente. El reloj mecánico europeo permitió medir el tiempo con mayor precisión, a partir de 1300 aproximadamente. Johann Gutenberg inventó la imprenta en 1445 y a partir de entonces fue posible editar muchos más libros. Cristóbal Colón llegó a América en 1492 y con ello se iniciaron viajes de exploración por todo el mundo. Nicolás Copérnico explicó el movimiento de la Tierra y de otros planetas alrededor del Sol (1530). Galileo Galilei inventó un termómetro en el que los cambios de temperatura eran registrados por el subir y bajar de unas esferas (1593). Hans Lippershey creó el telescopio refractor (1608). Primeras armas de fuego que utilizaron llave de pedernal en lugar de mecha (1630). Isaac Newton explicó las leyes de la mecánica e inventó el telescopio reflector (1668). Anton van Leeuwenhoek fue el primero en observar bacterias, con el microscopio que él mismo construyó (1673). Las primeras máquinas de vapor se construyeron en Europa entre 1705 y 1712.

Antoine de Lavoisier fue uno de los creadores de la química moderna (1777). Algunos viajes se realizaron en globos aerostáticos (1783). Hacia el año de 1797 aparecen los primeros tornos para hacer tornillos. Jean-Baptiste Lamarck propuso la teoría sobre la evolución de las especies por adaptación al medio (1815). La locomotora de vapor favoreció el transporte de viajeros y mercancías. Empleaba el vapor como fuerza motriz (1825). Nicephore Niepce inventó la primera cámara fotográfica (1827). Las máquinas de coser facilitaron la confección de prendas de vestir (1829). Samuel Morse inventó el telégrafo. El primer mensaje se envió en 1844. Charles Darwin publicó en 1859 su teoría sobre la evolución por medio de la selección natural. El petróleo se obtuvo por perforación de pozos, por primera vez, en Estados Unidos de América en 1859. Primer buque acorazado de guerra, es decir, construido con planchas de acero (1861). Máquina de escribir (1874). Alexander Graham Bell inventó el teléfono (1876). Thomas Alva Edison inventó el fonógrafo y la primera lámpara incandescente en 1878.

Primera bicicleta con cadena de transmisión (1879). Louis Pasteur descubrió diversas vacunas, una de ellas contra la rabia (1880). La energía eléctrica se obtiene a partir de grandes caídas de agua (1881). Primeros automóviles con motor delantero (1891). Cinematógrafo inventado por los hermanos Lumière en 1895. Wilhelm Conrad Roentgen descubrió los rayos X y fotografió los huesos de la mano de su esposa (1895). Guillermo Marconi realizó las primeras comunicaciones mediante la radio en 1901. Los hermanos Wright fueron los iniciadores de la aviación (1903). Hacia 1908 se inventó el material con el cual se elaboraron discos fonográficos. Ventilador que funcionaba con vapor (1910). Marie Curie recibió dos veces el premio Nobel, en 1903 y en 1911, por sus descubrimientos acerca de la radiactividad. Albert Einstein realizó importantes estudios sobre la materia y publicó sus teorías sobre la relación entre la energía y la velocidad de la luz (1913). El uso de los primeros refrigeradores domésticos se generalizó a partir de 1920. El teléfono de disco se utilizó desde 1930 aproximadamente. Microscopio electrónico (1931). Imagen amplificada miles de veces, observada con un microscopio electrónico. La primera grabadora o magnetófono hizo posible registrar y reproducir el sonido empleando una cinta magnética (1935). El radar permite determinar la posición y la distancia de un objeto lejano (1935). Primera máquina copiadora de documentos (1938).

La televisión a color fue inventada por Guillermo González Camarena en 1939. En 1940 se inició el desarrollo y la producción de antibióticos. Su uso disminuyó la mortandad por enfermedades infecciosas. Los cohetes llamados V-2 se emplearon en la segunda guerra mundial y fueron los precursores de los misiles modernos (1942). El plástico y las fibras sintéticas favorecieron la elaboración de diversos productos, a partir de la primera mitad del siglo xx. Las comunicaciones a distancia tuvieron un gran avance con el uso de los satélites artificiales (1960). Los primeros que dieron una vuelta a la Tierra en una nave espacial, fueron los astronautas rusos Juri Gagarin (1961) y Valentina Tereskova (1963). La audiocinta magnética facilitó el registro y distribución masiva de sonido en todo el mundo (1963). Los detergentes biodegradables o suaves se empezaron a producir entre 1963 y 1965. El Boeing 747 se utiliza para el transporte comercial de personas (1969). Con el cohete de la misión Apolo 11, el ser humano logró llegar a la Luna (1969). El Concorde es un avión que viaja más rápido que el sonido, cuyas primeras pruebas de vuelo se realizaron en 1969. El disco compacto permite guardar una gran cantidad de información, datos, imágenes y sonidos (1973). A partir de 1980 se intensifica el uso de la máquina de fax para enviar y recibir información escrita de forma inmediata por vía telefónica. El uso generalizado de computadoras personales, aproximadamente desde 1981, facilitó diversas actividades científicas, culturales, comerciales y administrativas. El transbordador espacial fue un gran avance para la exploración espacial y el lanzamiento de satélites artificiales (1981). La construcción de grandes aspas ha permitido el aprovechamiento de la energía eólica o del viento, para producir energía eléctrica (1982). Las estaciones espaciales usan celdas solares para proveerse de energía y funcionar. Estación espacial construida por varias naciones (1990). El código de barras se inventó para agilizar y organizar las operaciones comerciales. En los años noventa el teléfono digital sustituyó a los teléfonos de disco. El teléfono celular en los años noventa facilitó la comunicación sin el uso de cable para la transmisión de la señal. Telescopio espacial que orbita alrededor de la Tierra para observar objetos lejanos. La nave espacial, llamada Sonda Galileo, se encontraba girando alrededor de Júpiter en 1995.