Los modelos de la ciencia

Generalmente, los modelos se clasifican por su estructura interna más que por los detalles formales del input, el output o la forma de representación. Sobre esa base de estructura interna los modelos se clasifican en:

• Modelos físicos: Es una representación o copia -generalmente a escala, ya sea mayor o menor- de algún objeto de interés y que permite su examen en diferentes circunstancias (ver Maqueta y Prototipo). La escala no es necesariamente la misma en todos los ejes (por ejemplo, en modelados topográficos a veces se utilizan diferentes escalas verticales y horizontales).
• Modelos matemáticos: Busca representar fenómenos o relaciones entre ellos a través de una formulación matemática. Una clasificación de estos modelos los ordena como:
• Modelos deterministas: aquellos en los cuales se asume que tanto los datos empleados como el o los fenómeno(s) mismo(s) son completamente conocidos, por lo menos en principio, y que las fórmulas empleadas son lo suficientemente exactas como para determinar precisamente el resultado, dentro de los límites determinados por la observación. (por ejemplo: las fórmulas de la Ley de gravitación universal de Newton)
• Modelos estocásticos o probabilísticos, en el cual no se asume lo anterior, lo que implica que el resultado es una probabilidad. Existe por tanto incertidumbre. (por ejemplo, algunas de las formulaciones de la Relación de indeterminación de Heisenberg yModelo estadístico)
• Modelos numéricos: en los que la realidad física y las condiciones iniciales se representan mediante un conjunto de números, a partir de ellos se calculan u obtienen por algún medio otros resultados numéricos que reflejan cierto efecto de las condiciones iniciales. Estos modelos permiten “experimentar” a través de simulaciones en un computador u ordenador de modelos matemáticos o lógicos. (por ejemplo: Simulación numérica y Método de Montecarlo).
• Modelos gráficos que son la representación de datos, generalmente numéricos, mediante recursos gráficos (tales como líneas,vectores, superficies o símbolos), para que la relación entre los diferentes elementos o factores guardan entre sí se manifiesten visualmente. (ver también Iconografía de las correlaciones)
• 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. Por ejemplo, hasta los años 1970 el modelaje de sistemas de aguas subterráneas se realizaba con redes eléctricas de resistencias y condensadores. Este procedimiento, bastante engorroso y costoso se sustituyó con el modelaje puramente matemático en la medida en que aumentó la capacidad de los computadores y se popularizó el uso del cálculo numérico.
• Modelos Conceptuales. que pueden entenderse como un mapa de conceptos y sus relaciones, incluyendo suposiciones acerca de la naturaleza tanto de los fenómenos que esos conceptos representan como sus relaciones. Estos modelos implican un alto nivel deabstracción, concentrándose en aspectos de categorías semánticas o conceptuales que son considerados fundamentales para la comprensión de lo representado. (ejemplos: Modelo atómico de Bohr. El Modelo OSI; descripción de referencia para la definición de arquitecturas de interconexión de sistemas de comunicaciones, y el Modelo cíclico de la evolución del Universo) . Los modelos conceptuales se podrían clasificar en modelos que se refieren a entidades o fenómenos aislados o únicos (el átomo, el universo) y los que se refieren a entidades específicas por lo menos en principio en relación a un grupo de tales entidades. (una estrella y sus características en relación a otras. Una molécula y su energía cinética en relación a la temperatura de un cuerpo).

Descripción de las fuerzas del entorno

Una fuerza es la acción que cuando actúa sobre un cuerpo, de cierta masa, le provoca un efecto.

Por ejemplo, al levantar pesas al golpear una pelota con la cabeza o con el pie, al empujar algún cuerpo sólido, al tirar una locomotora de los vagones, al realizar un esfuerzo muscular al empujar algo, etcétera siempre hay un efecto.

El efecto de la aplicación de una fuerza sobre un objeto puede ser:

1.    Modificación del estado de movimiento en que se encuentra el objeto que la recibe

2.    Modificación de su aspecto físico

 • La fuerza es un tipo de acción que un objeto ejerce sobre otro objeto (se dice que hay una interacción). Esto puede apreciarse en los siguientes ejemplos:

  —  un objeto empuja a otro: un hombre levanta pesas sobre su cabeza

  —  un objeto atrae a otro: el Sol atrae a la tierra

  —  un objeto repele a otro: un imán repele a otro imán

  —  un objeto impulsa a otro: un jugador de fútbol impulsa la pelota con un cabezazo

  —  un objeto frena a otro: un ancla impide que un barco se aleje.

Son necesarios  dos cuerpos para realizar estas acciones: de acuerdo a lo anterior, para poder  hablar de la existencia de una fuerza, se debe suponer la presencia de dos cuerpos, ya que debe haber un cuerpo que atrae y otro que es atraído, uno que impulsa y otro que es impulsado, uno que empuja y otro que es empujado, etc.

 • Un cuerpo no puede ejercer fuerza sobre sí mismo. Si se necesita que actúe una fuerza sobre mi persona, tendré que buscar algún otro cuerpo que ejerza una fuerza, porque no existe ninguna forma de que un objeto ejerza fuerza sobre sí mismo.

 • La fuerza siempre es ejercida en una determinada dirección: puede ser hacia arriba o hacia abajo, hacia adelante, hacia la izquierda formando un ángulo dado con la horizontal, etc.

Para representar la fuerza se emplean vectores son entes matemáticos que tienen la particularidad de ser direccionales; es decir, tienen asociada una dirección. Además, un vector posee módulo, que corresponde a su longitud, su cantidad numérica y su dirección (ángulo que forma con una línea de referencia).

Clasificación de las fuerzas

Las fuerzas se pueden clasificar según su punto de aplicación y según el tiempo que dure esta aplicación.

Según su punto de aplicación:

a) Fuerzas de contacto: son aquellas en que el cuerpo que ejerce la fuerza está en contacto directo con el cuerpo que la recibe.

Un golpe de cabeza a la pelota, sujetar algo, tirar algo, etc.

b) Fuerzas a distancia: el cuerpo que ejerce la fuerza y quien la recibe no entran en contacto físicamente.  

Según el tiempo que dura la aplicación de la fuerza:

a) Fuerzas impulsivas: generalmente son de muy corta duración, por ejemplo: un golpe de raqueta.
b) Fuerzas de larga duración: son las que actúan durante un tiempo comparable o mayor que los tiempos característicos del problema de que se trate.

Las fuerzas que actúan sobre un cuerpo pueden ser exteriores e interiores.

a)   Fuerzas exteriores: son las que actúan sobre un cuerpo siendo ejercidas por otros cuerpos.

b)   Fuerzas interiores: son las que una parte de un cuerpo ejerce sobre otra parte de si mismo.

Unidades de fuerza

En el Sistema Internacional  (SI) de unidades la fuerza se mide en newtons (símbolo:N), en el CGS en dinas (símbolo, dyn) y en e sistema,a tecnico en kilopondio (símbolo:kp), siendo un kilopondio lo que comúnmente se llama un kilogramo, un kilogramo fuerza o simplemente un kilo.

Un newton es la fuerza que, al ser aplicada a un cuerpo de masa 1 Kilogramo, le comunica una aceleración de 1 metro por segundo al cuadrado

Cantidad vectorial

Una fuerza es una cantidad vectorial: que tiene tres componentes:

   — un valor, que viene dado por un número y una unidad de medida (25 Newton, por ejemplo).

   — una dirección, que vendría a ser la línea de acción de la fuerza (dirección vertical, por ejemplo).

   — un sentido, que vendría a ser la orientación, el hacia dónde se dirige la fuerza (hacia arriba, por ejemplo).

Estos tres componentes deben estar incluidos en la información de una fuerza.

Las fuerzas se pueden sumar y restar. No tiene sentido físico el multiplicarlas o dividirlas.

Si sumas dos fuerzas que van en la misma dirección y en el mismo sentido, entonces la suma es la suma aritmética de ellas. Si sus valores son 40 Newton y 30 Newton, el resultado sería 70 Newton en la dirección y sentido común que tienen.

Si sumas dos fuerzas que van en la misma dirección pero sentidos distintos (una a la derecha y la otra a la izquierda, por ejemplo) entonces la suma es la diferencia entre ellas (resta), con la misma dirección pero el sentido de la fuerza mayor. Si sus valores son 40 Newton a la derecha y 30 Newton a la izquierda, entonces la suma sería 10 Newton a la derecha.

Si sumas dos fuerzas que van en la misma dirección pero sentidos opuestos y resulta que las dos fuerzas tienen el mismo valor numérico, entonces la suma de ellas dará como resultado el valor 0. En este caso se puede decir que las fuerzas se anulan.

Pero ojo: las dos fuerzas deben estar actuando sobre el mismo cuerpo, de lo contrario no se  pueden anular, incluso no podrían sumarse.

Si las fuerzas que se van a sumar no tienen la misma dirección, el problema se complica bastante y habría que recurrir a procedimientos geométricos e incluso de trigonometría.

Cuando graficamos una fuerza que actúa sobre un cuerpo, se dibuja con una flecha partiendo desde el centro del cuerpo que la recibe.

EL TRABAJO DE GALILEO

El trabajo de Galileo: una aportación importante para la ciencia.

¿Cómo es el movimiento de los cuerpos que caen?

Experiencias de la caída libre de los cuerpos.

La caída libre de los cuerpos es un fenómeno cotidiano. Ya los antiguos griegos lo habían tratado de explicar, aunque sin realizar experimentos, sin embargo, sus ideas permanecieron casi 2000 años. Fue Galileo Galilei quien cambió esa manera de percibir dicho movimiento.

La descripción del movimiento de caída libre según Aristóteles. La hipótesis de Galileo.

Dio explicaciones sobre lo que sucedía en la naturaleza, así que el formulo teorías sobre la caída de los cuerpos afirmando que los más pesados caían más rápido que los más ligeros .Esta teoría fue aceptada durante mucho tiempo hasta que Galileo realizó un estudio más cuidadoso sobre el movimiento de los cuerpos al caer, descubrió que el movimiento de caída libre de dichos cuerpos la resistencia del aire es lo suficientemente pequeña, todos los objetos caen con la misma aceleración, la cual es invariable.

Esta explicación de este fenómeno sucede en el vacío, es decir, en el espacio ya que aquí en la tierra el vacío no existe, por qué todos los objetos hacen fricción con el aire.

Nota. El vacío lo definimos como la ausencia total de materia.

En la caída libre de los cuerpos la distancia corresponde a la altura y se representa por la letra (h), la aceleración se debe a la fuerza de gravedad (g) 9.8 m/s2.

La velocidad (v) de un cuerpo que cae desde el reposo después de un tiempo (t), se expresa: v= g.t

Ejemplo.

Calcular la velocidad con la que cae una pelota del segundo piso  de mi casa, en un tiempo de 5.5 segundos.

Datos Formula Sustitución y Operación Resultado

V= ? V=g.t V= 9.8 m/s2 * 5.5 s V= 53.9 m/s

g= 9.8 m/s2

t= 5.5 s

Un cuerpo al caer lo hace con una aceleración uniforme, se puede utilizar la siguiente ecuación: a= vf – v0 / t.

movimiento de los objetos

Un sistema físico real se caracteriza por al menos tres propiedades importantes:

1.     Tener una ubicación en el espacio-tiempo.

2.     Tener un estado físico definido sujeto a evolución temporal.

3.     Poderle asociar una magnitud física llamada energía

El movimiento se refiere al cambio de ubicación en el espacio a lo largo del tiempo, tal como es medido por un observador físico. Un poco más generalmente el cambio de ubicación puede verse influido por las propiedades internas de un cuerpo o sistema físico, o incluso el estudio del movimiento en toda su generalidad lleva a considerar el cambio de dicho estado físico.

La descripción del movimiento de los cuerpos físicos se denomina cinemática (que sólo se ocuparía de las propiedades 1 y 2 anteriores). Esta disciplina pretende describir el modo en que un determinado cuerpo se mueve y qué propiedades tiene dicho movimiento. La física clásica nació estudiando la cinemática de cuerpos rígidos.

Posteriormente el estudio de las causas que producen el movimiento y las relaciones cuantitativas entre los agentes que causan el movimiento y el movimiento observado llevó al desarrollo de la mecánica (griego Μηχανική y de latín mechanica o 'arte de construir máquinas') que es la rama de la fisica que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas y agentes que pueden alterar el estado de movimiento. La mecánica teórica fue durante los siglos XVII, XVIII y principios del siglo XIX, la disciplina de la física que alcanzó mayor abstracción matemática y fue una fuente de mejora del conocimiento científico del mundo. La mecánica aplicada está usualmente relacionada con la ingeniería Ambos puntos de vista se justifican parcialmente ya que, si bien la mecánica es la base para la mayoría de las ciencias de la ingeniería clásica, no tiene un carácter tan empírico como éstas y, en cambio, por su rigor y razonamiento deductivo, se parece más a la matemática.

Durante el siglo XX la aparición de nuevos hechos físicos, tanto la consideración de cuerpos físicos moviéndose a velocidades cercanas a la velocidad de la luz como el movimiento de las partículas subatómicas, llevaron a la formulación de teorías más abstractas como la mecánica relativista y la mecánica cuántica que seguían interesándose por la evolución en el tiempo de los sistemas físicos, aunque de una manera más abstracta y general de lo había hecho la mecánica clásica, cuyo objetivo era básicamente cuantificar el cambio de posición en el espacio de las partículas a lo largo del tiempo y los agentes responsables de dichos cambios.

movimiento de los objetos

MOVIMIENTO

En mecánica el movimiento es un cambio de la posición de un cuerpo a  lo a lo largo del tiempo respecto de un sistema de referencia.

El estudio de movimiento se puede realizar a través de la cemantica o a través de la dinámica. En función de la elección del sistema de referencia quedaran definidas las ecuaciones del movimiento, ecuaciones que determinarán la posición, la velocidad y la aceleración del cuerpo en cada instante de tiempo. Todo movimiento puede representarse y estudiarse mediante gráficas. Las más habituales son las que  representan el espacio, la velocidad o la aceleración en función del tiempo.