La Ciencia vista desde la Física y la Matemática

Resumen: 

Matemáticas y Física nacieron históricamente juntas. En este programa se pretende que su reencuentro se restablezca en la propia capacidad de síntesis del/la estudiante. El leit motiv de las sesiones es la realización de experimentos y observaciones de carácter cotidiano que se remonten a las grandes ideas de la ciencia: la visualización práctica de teorías científicas. Cómo llegar a comprender sistemas y modelos matemáticos complejos, cómo pueden ser el mundo de las finanzas o la criptografía, mediante técnicas al alcance de la mano y cómo comprender la expansión del Universo mediante la deducción en una simple aula de la ley de Hubble, etc. Los/as estudiantes recrearán por sí mismos/as experimentos clave que decidieron en su día la evolución de la ciencia, o construirán con sus propias manos instrumentos de experimentación de gran alcance. Entre los objetivos a alcancar:

  • Ver la complementariedad de la Física y la Matemática a través de los conceptos y los experimentos.
  • Potenciar el interés por la Ciencia (Física y Matemática), la tecnología y la innovación.
  • Mostrar las leyes de la Física, redescubrir algunas de ellas, y la fundamentación que la Matemática aporta.
  • Ilustrar el Método Científico, y analizar fenómenos físicos y matemáticos que afiancen los conocimientos previos de los alumnos y profundizar en otros nuevos y más avanzados.
  • Acercar la labor diaria de los investigadores, utilizando datos, herramientas, instrumentos e instalaciones de las que éstos disponen.
  • Despertar la curiosidad científica por el mundo que nos rodea.
  • Hacer un estudio de las Matemáticas que son de uso común en ciencias e ingenierías, dando ejemplos de situaciones y escenarios en los que éstas se aplican.
  • Desarrollar modelos matemáticos de aplicación en ciencias físicas y de la naturaleza, ciencias económicas, ingeniería y TIC y se trabajará en talleres sobre los mismos.  
1ª Sesión: 

En la primera sesión los/as estudiantes se adentrarán en el mundo de la computación numérica.

Se espera que en esta sesión el alumnado adquiera conocimientos económicos necesarios en el mundo real y entienda la significación de la Matemática en estos temas. Se pretende que puedan utilizar métodos de autentificación y cifrado en sus comunicaciones, que tengan un conocimiento elemental sobre protocolos de seguridad y su uso y que puedan configurar un servidor seguro. Por otro lado, al hacer prácticas sobre algoritmos en números y utilizar programas de cálculo simbólico, se pretende reforzar las estrategias de organización y estructuración del conocimiento y el desarrollo de las técnicas propias de la programación.

La segunda parte de la sesión consistirá en observar y conocer los diez experimentos más bellos de la Física, estudiándose mediante los experimentos realizados:

La diferencia entre sistemas de referencia inerciales y no inerciales. ¿Cómo saber si estamos acelerados?; Nociones sobre las dimensiones del núcleo atómico y del átomo. ¿Se puede conocer lo que no se ve?; Cinemática del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. ¿Cómo describir un movimiento sin cronómetro?; Relación entre ángulo y radio, latitud y longitud. ¿Se puede conocer lo que no se ve (continuación)?; La débil atracción gravitatoria entre masas comparables a la nuestra y su ley universal; Interferencia de ondas y comportamiento ondulatorio de la luz. ¿Cómo se suman las ondas? , Refracción y dispersión de la luz, espectros luminosos. ¿El color blanco es otro color o son todos los colores?  Cuantización de la carga eléctrica. ¿La materia está estructurada en forma de paquetes?; Caída libre como paradigma de modelo ideal, disociación entre masa y aceleración gravitatoria; Dualidad onda-corpúsculo. ¿Muchas partículas minúsculas "se hacen" las ondas?

2ª Sesión: 

La segunda sesión girará en torno a dos temas básicos: la radiactividad y la geometría del plano y del espacio.

En la primera parte, dedicada a la radiactividad, los/as alumnos/as conocerán los aspectos básicos de la desintegración radiactiva y de la interacción radiación-materia. Serán capaces de analizar cómo varía el potencial de frenado en función de la frecuencia y de la intensidad de la radiación incidente. Por último descubrirán la  forma de trabajo de un detector Geiger. Conocerán la ley de desintegración radiactiva en qué consiste la absorción de radiación por polietileno y la absorción de radiación por plomo.

La segunda parte girará en torno a la geometría del plano y del espacio. Para ello se realizará una introducción al concepto de teselación del plano. Asimismo, se analizarán las propiedades de los mosaicos de la Alhambra, la relación entre los mosaicos y la obra artística de Escher y descubriremos en qué consiste la construcción del teselado mediante piezas. Seguidamente se planteará los fenómenos óptimos desde un punto de vista artístico y se analizarán las matemáticas presentes en situaciones comunicativas, todo ello para demostrar la transversalidad de todos estos conocimientos.
 

3ª Sesión: 

En esta sesión los/as alumnos/as aprenderán y analizarán algunos fenómenos ópticos y su aplicación en distintas ramas de la Ciencia. La finalidad es, por tanto, que el alumnado conozca qué es la Óptica y su campo de actuación. Para ello el/la alumno/a deberá poder orientarse con el uso de un  plano y deberá poder diseñar una ruta para ir de un punto a otro. Mediante el uso de sistemas geográficos de posición podrá determinar distancias y mediante brújula y cinta métrica será capaz de determinar distancias y alturas hasta puntos inaccesibles.
 

4ª Sesión: 

Al igual que en las sesiones previas, esta tercera sesión se planificará en dos partes. En la primera se propondrán actividades de manipulación y construcciones. Trataremos de que el alumnado trabaje en la abstracción de un problema con el fin de encontrar un modelo que permita construir una posible solución. Para ello proporcionaremos varios ejemplos de la realización de este proceso, de forma que, en un principio por simple imitación y, posteriormente, por elaboración propia el alumnado sea capaz de trabajar en la resolución de sus propios problemas.

En la segunda parte de la sesión, nos adentraremos en el espectro de galaxias y la expansión del universo.
Los7as estudiantes aprenderán las características básicas del espectro de una galaxia y algunas de las líneas espectrales más importantes que presentan.
Utilizando espectros reales medidos de galaxias, medirán en ellos la velocidad de recesión de dichas galaxias. Además, harán también una estimación de la distancia a las mismas. Con estas medidas comprobarán que las galaxias más lejanas se alejan con una velocidad mayor (ley de Hubble), lo que puede entenderse en términos de un universo en expansión.

5ª Sesión: 

En esta última sesión el alumnado habrá de ser capaz de explicar los conocimientos adquiridos durante las sesiones realizadas. Para ello habrá de desarrollar un trabajo en equipo, haciendo uso de un espíritu crítico y organizativo. Tendrá que elaborar un PowerPoint que cumpla los objetivos de claridad, brevedad y rigor científico. Por último, habrá de ser capaz de explicar lo aprendido a personas que no han participado de la actividad. Adecuar la explicación a distintos niveles de conocimiento.

Referencias recomendadas: 
Lugar donde se desarrollará el proyecto: 
Universidad de Granada
Avd Fuente Nueva s/n
18071 Granada Granada
Campus: 
Departamento: 
Facultad de Ciencias
Provincia: