Bloque 3. Un modelo para describir la estructura de la materia

Tema 1. Los modelos de la ciencia

 

Características e importancia de los modelos en la ciencia.

 

Características e importancia de los modelos en la ciencia.

El hacer modelos siempre ha sido una respuesta del hombre para entender el mundo. Los científicos entienden por modelo una representación o analogía conveniente de un sistema real.

Hace ya muchos años (1966) que la prestigiosa revista

Scientific American

promocionó un Concurso internacional sobre modelos de aviones construidos con papel. Se presentaron más de 10 000modelos procedentes de 30 países distintos. Entre los constructores se encontraban ingenieros aeronáuticos, científicos prestigiosos y escolares de pocos años famosos por sus modelos aerostáticos. El hacer modelos siempre ha sido una respuesta del hombre para entender el mundo. El papel, la arcilla, el barro, los ladrillos, la madera, las cuerdas, las colas, el yeso, los plásticos, etc., siempre fueron útiles materias primas para hacer modelos del mundo físico en todos los tiempos. Los ingenieros navales ensayan sus modelos de buques de vela y fragatas de combate en túneles hidrodinámicos y los ingenieros aeronáuticos analizan el poder ascendente y la fuerza de arrastre de aviones miniaturas colgados de cables sobre dinamómetros de gran precisión sumergidos en túneles aerodinámicos con vientos huracanados. En los científicos (físicos, químicos, biólogos, geólogos, meteorólogos, etc.), el concepto de

modelo

es algo distinto a la copia de un objeto real. Por modelo entienden

una representación o analogía conveniente de un sistema real

. Los fenómenos que ocurren en el sistema se analizan como si éste se diseñara de acuerdo con el modelo.

 

A veces, el modelo tiene por objeto reemplazar el sistema real para simplificar su estudio. Por ejemplo, podemos considerar que la Tierra y la Luna son partículas puntuales que poseen la masa de  los astros considerados. Un modelo es a veces una imagen mental de la estructura o propiedades de un sistema. Así, la luz ha sido modelada como un flujo de partículas discretas (fotones) o como una onda continua y finalmente se introdujo el concepto de onda asociada a una partícula que fue ratificada experimentalmente. Ambos modelos confluían en uno solo y la luz se comportaba como una dualidad onda-partícula. Los criterios principales que un modelo debe satisfacer son los siguientes:

 

·         El modelo debe ser lo más simple posible.

 

·         El modelo no debe ser incompatible con las teorías establecidas en campos de estudio relacionados.

 

·         El modelo debe ser capaz de predecir fenómenos que puedan ser comprobados experimentalmente.

 

Ideas en la historia acerca de la naturaleza continua y discontinua de la materia: Demócrito, Aristóteles & Newton; aportaciones de Clausius, Maxwell & Boltzmann.

Aristóteles creía que toda la materia existente en el universo estaba compuesta por cuatro elementos básicos: tierra, agua, fuego y aire. Estos elementos sufrían la acción de la gravedad (tendencia de la tierra y del agua a hundirse) y la ligereza (tendencia del aire y del fuego a ascender).

 Según Aristóteles la materia es “continua”, es decir que los cuerpos están formados por los cuatro elementos fundamentales sin huecos entre ellos.

 

 También creía que la materia era divisible, es decir, que cualquier clase de materia podía dividirse sin límite hasta quedar en partes cada vez más pequeñas.

 Sin embargo, algunos sabios, indios como Kanada o griegos como Demócrito, sostenían que la materia era discontinua e indivisible y que estaba constituida por átomos (palabra que en griego significa "sin división”)

 

 En Grecia, Leucipo y Demócrito propusieron en el Siglo V  un modelo similar. Ellos llamaron “átomos” a las pequeñísimas partículas que componían todo lo que nos rodea.

 

Aristóteles  (384 a. de C. - 322 a. de C.), discípulo de Platón, se basó en la teoría de Empédocles de los cuatro elementos para elaborar su teoría sobre los movimientos, pero rechazó una parte de la teoría platónica: la consideración de los elementos-figura (posiblemente, porque le hubiera obligado a admitir el vacío).

En el apartado dedicado al concepto de fuerza se resumen algunas de las ideas básicas de la teoría de Aristóteles sobre los movimientos, una de ellas haber planteado que "los cuatro elementos tienen una predisposición para moverse hacia la dirección de sus lugares naturales" si están fuera de ellos. Así, por ejemplo, "el aire y del fuego se mueven de forma espontánea hacia arriba, mientras que el agua o la tierra lo hacen hacia abajo".

 

 

 

 

 

James Clark Maxwell (1831-1879) y Ludwin Boltzmann (1844-1906) retoman las ideas de Demócrito, Newton y Bernoulli y crean la Teoría Cinético Molecular también conocida como la Teoría cinética de los gases. Dicha Teoría afirma que los gases están formados por partículas que se mueven permanentemente, sin dirección fija, a velocidades variables; y que estas partículas chocan entre si y contra las paredes del recipiente en que se encuentran sin perder energía.

 

¿De que está formada la materia?