2: Comparando Modelo y Experimento
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Objetivos de aprendizaje
- Ser capaz de estimar órdenes de magnitud.
- Entender las unidades.
- Comprender el proceso de construcción de un modelo y realizar un experimento.
- Comprender las incertidumbres en los experimentos.
En este capítulo, aprenderemos sobre el proceso de hacer ciencia y sentaremos las bases para desarrollar habilidades que serán de utilidad a lo largo de sus carreras científicas. En particular, comenzaremos a aprender a probar un modelo con un experimento, así como aprender a estimar si un resultado o modelo dado tiene sentido.
Preludio
La Teoría Universal de la Gravedad de Newton predice que los objetos cercanos a la superficie de la Tierra caerán con una aceleración de\(9.8\:\text{m/s}^{2}\). Tu amigo informa que han medido la aceleración de una bola que cae y encontraron que lo era\((9.0 ± 0.5)\:\text{m/s}^{2}\). ¿Su resultado invalida la predicción de la Teoría de Newton?
- Sí, ya que la gama\((9.0 ± 0.5)\:\text{m/s}^{2}\) no incluye\(9.8\:\text{m/s}^{2}\).
- No necesariamente, ya que depende de si tu amigo determinó correctamente la incertidumbre en su medición.
- Definitivamente no, ya que la Teoría Universal de la Gravedad de Newton ha sido confirmada por muchos experimentos.
- 2.1: Órdenes de magnitud
- Una de las formas más sencillas de estimar si un modelo tiene sentido es preguntar si predice el orden de magnitud correcto para una cantidad. Por lo general, el orden de magnitud para una cantidad se puede determinar haciendo un modelo muy simple, idealmente uno en el que puedas trabajar en tu cabeza. Cuando decimos que una predicción da el “orden de magnitud” correcto, generalmente queremos decir que la predicción está dentro de un factor de “unos pocos” (hasta un factor de 10) de la respuesta correcta.
- 2.2: Unidades y dimensiones
- Las “dimensiones” se pueden considerar como tipos de mediciones. Por ejemplo, la longitud y el tiempo son ambas dimensiones. Una unidad es el estándar que elegimos para cuantificar una dimensión. Por ejemplo, los metros y los pies son unidades para la dimensión de longitud, mientras que segundos y jiffys1 son unidades para la dimensión del tiempo. Cuando comparamos dos números, por ejemplo una predicción a partir de un modelo y una medida, es importante que ambas cantidades tengan la misma dimensión y se expresen en las mismas unidades.
- 2.3: Realización de mediciones
- Habiendo introducido algunas herramientas para el aspecto de modelado de la física, ahora abordamos el otro lado de la física, a saber, realizar experimentos. Dado que el objetivo de desarrollar teorías y modelos es describir el mundo real, necesitamos entender cómo hacer mediciones significativas que prueben nuestras teorías y modelos.