¿Qué es un modelo científico?
El mundo puede ser un lugar muy confuso. Desde el clima peligroso hasta el mapeo de datos y cómo florecen las flores, hay millones de sistemas, ciclos y fenómenos que la ciencia busca comprender. Pero, ¿cómo compilan, dan sentido y comparten los científicos esa comprensión de una manera que tenga sentido para sus colegas científicos y la población en general? Usar modelos científicos es una forma en que los científicos hacen precisamente eso.
¿Cuál es la definición de ciencia modelo? Un modelo científico es una representación de fenómenos del mundo real. Todos los científicos, educadores y estudiantes utilizan modelos científicos para comprender mejor el fenómeno en cuestión. El uso de modelos también puede ayudar a los científicos a hacer predicciones basadas en datos recopilados sobre un fenómeno particular sobre cómo se comportará. Algunos ejemplos de modelos científicos incluyen:
- Diagramas
- Modelo físico 3D
- Simulaciones por computadora
- Fórmulas matemáticas
¿Cómo evalúan los científicos la calidad de los modelos científicos? Un modelo científico que es «bueno» o un modelo eficaz:
- Hace pocas o ninguna suposición.
Un modelo científico que es ineficaz o sigue una pseudociencia:
- Hace muchas suposiciones.
La comunidad científica busca comprender el mundo. Pero esa comprensión es subjetiva; los humanos hacen suposiciones y juicios sobre el mundo todo el tiempo. Por lo tanto, la comunidad científica confía en la recopilación de datos observables como columna vertebral de las verdades científicas. Un buen modelo se ciñe a los hechos, por así decirlo, y explica datos que son repetibles y revisados por pares. La naturaleza de los modelos científicos es que, debido a que son representaciones de fenómenos del mundo real, existe la posibilidad de que sean inexactos. Por lo tanto, los modelos científicos se actualizan constantemente cuando se realizan descubrimientos.
¿Para qué se utilizan los modelos científicos?
¿Cuál es el objetivo principal de los modelos científicos? El modelado científico se utiliza en todas las ramas de la ciencia y es una opción a la hora de comunicar ideas científicas. En el método científico, hacer y utilizar modelos es fundamental a la hora de explicar los datos. Cuando se utilizan modelos, el objetivo es comunicar cómo funciona un fenómeno. Los modelos también se pueden utilizar para predecir el comportamiento y las simulaciones son modelos predictivos. Las simulaciones pueden ser simulaciones por computadora, gráficos de tendencias predictivas u otras representaciones de lo que puede ocurrir en función de los datos recopilados. Las simulaciones son uno de los únicos modelos que hacen suposiciones intencionales, pero nuevamente, esas suposiciones se basan en seguir la tendencia de los datos recopilados previamente. Sin embargo, debido a que las simulaciones predictivas no pueden tomar en cuenta todas las variables de una situación, las simulaciones siempre tienen un grado de inexactitud.
Tipos de modelos en ciencia
Existen tres tipos de modelos que generalmente se agrupan. Incluyen modelos visuales, modelos matemáticos y modelos informáticos. Los tres tipos de modelos se pueden utilizar en todas las ramas de la ciencia. Cada uno depende en gran medida del tipo de investigación científica y de la forma de los datos recopilados.
Los modelos visuales son modelos que puede ver y utilizar para comprender la anatomía, los procesos o cualquier número de fenómenos observables. Los modelos visuales incluyen diagramas de flujo, imágenes y diagramas. Son útiles como herramientas educativas y principalmente muestran el intrincado funcionamiento de diversos fenómenos o conceptos abstractos. Algunos ejemplos de modelos visuales incluyen un modelo de avión, un diagrama de la anatomía de una rana o una red alimentaria. Los modelos visuales también se añaden o editan continuamente a medida que se descubren nuevos conocimientos científicos. Esta faceta es crucial para comprender los modelos; los modelos no son estáticos; se vuelven obsoletos rápidamente y deben revisarse a medida que la ciencia descubre más y más respuestas sobre cómo funciona el mundo.
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Un modelo matemático es un modelo científico que utiliza expresiones cuantificables, o matemáticas, para explicar un fenómeno específico. Los modelos matemáticos pueden utilizar símbolos que representan información cuantificable para mostrar su relación y comunicar conceptos, reglas o leyes abstractas sobre cómo funciona el mundo. La teoría de la gravedad de Newton es un ejemplo de modelo matemático, que establece que la fuerza gravitacional entre dos objetos depende de la distancia entre los dos objetos y de la masa de cada uno. En esta teoría Newton basó sus leyes del movimiento, que también se representan matemáticamente.
Los modelos matemáticos también se editan y amplían a medida que se descubren nuevas verdades. Un ejemplo clásico de esto es la teoría de la relatividad de Albert Einstein. Einstein estuvo de acuerdo con Newton sobre las leyes fundamentales de la gravedad y el movimiento relativas a los objetos que se mueven más lento que la luz. También estuvo de acuerdo en que el espacio tenía dimensiones, pero no creía que el espacio no se viera afectado por objetos con masa o que la gravedad fuera una constante inmutable. En su teoría, Einstein afirmó que la gravedad no es una constante sino una curvatura en el continuo espacio-tiempo, teniendo en cuenta la masa y la distancia como variables y el tiempo y la forma geométrica del espacio. ¿Se equivocó entonces Newton? No cuando se trata de describir objetos que se mueven más lento que la luz. Las leyes del movimiento de Newton siguen siendo una pieza fundamental de la física moderna. Pero sus teorías no cuentan toda la historia, dejando de lado cómo el tiempo afecta la gravedad y cómo funciona la gravedad. Era un modelo matemático que se actualizaba a medida que se descubría nueva información.
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Los modelos informáticos son el tercer tipo de modelo que se utiliza cuando los datos son extraordinariamente complejos porque las computadoras pueden contener mucha información. Los modelos informáticos consisten en ecuaciones complejas o animaciones de fenómenos. Los modelos informáticos también pueden ser simulaciones, que utilizan datos estadísticos para predecir los resultados esperados de situaciones o fenómenos que probablemente ocurrirán en el futuro. Los modelos informáticos pueden contener grandes cantidades de variables para comunicar respuestas complejas a consultas científicas. Los modelos informáticos se utilizan con frecuencia en todos los conceptos, incluida la predicción de tendencias del cambio climático, la simulación de accidentes automovilísticos, el registro del clima y la actividad sísmica para desarrollar sistemas de alerta más precisos y la simulación de efectos especiales para películas de Hollywood.
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Ejemplos de modelos científicos
Hay muchos ejemplos de modelos que se han utilizado históricamente y que aún se siguen creando en la actualidad. Aquí están algunos ejemplos:
El modelo mecánico cuántico del átomo es una forma compleja y abstracta de comprender las estructuras atómicas. Se considera más preciso que otros modelos de átomos, como el modelo atómico de Bohr, que muestra los niveles de energía de los electrones en un átomo específico; esto se debe a que la materia se comporta de manera contraria a la intuición a nivel subatómico. El modelo mecánico cuántico del átomo establece que la materia se comporta como una partícula y tiene propiedades que se comportan como ondas. Por tanto, no podemos saber exactamente dónde están los electrones de un átomo. En cambio, hay un área llamada nube de electrones que predice dónde probablemente estará el electrón.
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El modelo newtoniano de gravedad es un modelo matemático que se analiza un poco más arriba. Aunque no cuenta toda la historia de cómo funciona realmente la gravedad, sigue siendo un modelo principal en física que se utiliza para explicar cómo se mueven los objetos que no son ligeros. Newton afirmó que su teoría de la gravedad afecta a todo lo que tiene masa. La intensidad de la fuerza es proporcional al producto de las masas de los dos objetos. Es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los dos objetos. Newton utilizó esta teoría para explicar cómo caen los objetos a la Tierra y cómo los cuerpos celestes orbitan entre sí. Newton también utilizó esta teoría para fundamentar sus tres leyes del movimiento:
- Los objetos se mueven a una velocidad constante a menos que actúe sobre ellos una fuerza externa.
- La aceleración de un objeto depende de la masa del objeto y de la cantidad de fuerza aplicada.
- Hay una fuerza igual y opuesta aplicada a un objeto que está aplicando fuerza.
Resumen de la lección
Un modelo científico es una representación de un fenómeno observable particular. Muchos tipos de modelos se pueden agrupar en tres categorías; modelos visuales, modelos matemáticos y modelos informáticos. Los modelos visuales facilitan la comprensión al mostrar representaciones visuales de fenómenos utilizados para la educación y la comunicación. Ejemplos de modelos visuales incluyen diagramas de flujo, gráficos, diagramas y modelos 3D. Los modelos matemáticos utilizan símbolos para representar datos cuantificables que explican ideas abstractas. Los modelos matemáticos incluyen ecuaciones y teorías. Los modelos informáticos se utilizan para simulación y predicción estadística y utilizan computadoras para almacenar y procesar grandes cantidades de datos para comunicar ideas. Los modelos informáticos incluyen tecnología predictiva para advertencias meteorológicas peligrosas, cambio climático e incluso efectos especiales de películas.
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