Guía de prácticas de laboratorio

En esta entrada los estudiantes de bachillerato y de primeros años de universidad pueden encontrar la información básica que necesitan para iniciarse en el trabajo experimental en el laboratorio. Yo no soy partidario de dar a los estudiantes un guion de prácticas detallado para cada práctica que indique paso a paso todo lo que hay que hacer. En su lugar, prefiero obligar a los estudiantes a diseñar ellos el experimento.

Diseño del experimento

En ciencia los experimentos se diseñan con un objetivo: poner a prueba una o varias hipótesis que tratan de responder a lo que nos estamos preguntando. Estas hipótesis pueden ser afirmaciones aisladas o enunciados que forman parte de una teoría previa al experimento, pero en ambos casos se han elaborado de acuerdo con los conocimientos que se tienen hasta el momento sobre el tema. Por ello, antes de diseñar el experimento tenemos que dejar claro en nuestro cuaderno de laboratorio cuál es la/s pregunta/s que tratamos de responder y con qué hipótesis trabajamos para responderla/s.

A continuación diseñamos el experimento para poner a prueba esas hipótesis. Para ello, dibujamos en nuestro cuaderno de laboratorio un esquema del montaje experimental, indicamos qué magnitudes vamos a medir y cómo vamos a hacerlo. De esta forma preparamos nuestro cuaderno de laboratorio (físico en papel o electrónico) con una serie de tablas con las casillas vacías donde vamos a ir escribiendo los datos experimentales según los vayamos obteniendo. Junto que esas tablas tiene que venir bien claro en nuestro cuaderno cómo vamos a analizar esos datos y qué vamos a calcular a partir de ellos. También indicamos qué esperamos obtener en este análisis si la hipótesis que estamos sometiendo a examen fuera correcta.

Nótese que a la hora de hacer todo esto necesitamos trabajar con hipótesis auxiliares (por ejemplo, “el rozamiento es despreciable”, “este tiempo es muy pequeño con respecto al otro y lo despreciamos”, etc) muchas de las cuales puede que no vayamos a comprobar ni siquiera a posteriori. Es muy importante que apuntemos también estas hipótesis adicionales en nuestro cuaderno ya que los resultados de nuestro experimento no van a ser generales, van a depender de que estas hipótesis adicionales sean correctas. Es decir, al final sólo podremos afirmar que “siempre que el rozamiento sea despreciable se cumplirá esta conclusión: …”, etc.

Es importante no olvidarse de que es falso que en ciencia el experimento sea anterior a la teoría e independiente de ésta. Hay algunas cuestiones básicas de filosofía de la ciencia que conviene tener claras antes de entrar en el laboratorio:

• La observación y la experimentación en ciencia

Ejecución del experimento

Una vez montado el experimento, antes de medir, tenemos que comprobar que hemos escrito en nuestro cuaderno todas las hipótesis y que hemos indicado cuáles vamos a comprobar y cuáles no. A continuación nos familiarizamos con el funcionamiento del dispositivo y de todos los aparatos y sólo después de esto comenzamos a medir rellenando la tabla que hemos preparado (¡NADA DE RETENER LOS DATOS EN LA MEMORIA EN VEZ DE APUNTARLOS!). En este punto hay que tener especial cuidado en:

• apuntar la sensibilidad de todos los aparatos de medida utilizados
• estudiar cómo de preciso es el método utilizado. Esto lo hacemos midiendo las veces que consideremos conveniente (más veces cuanto más dispersos se obtengan los datos), tomando como el valor de la medida la media de todas las medidas y como su incertidumbre experimental el mayor entre la sensibilidad y el error de precisión. Todo esto también se apunta en el cuaderno de laboratorio. El error de precisión (error aleatorio) se puede estimar burdamente en Bachillerato calculando el resultado de restar el mayor menos el menor y dividir entre dos. En la universidad vas a necesitar calcular la desviación típica con la corrección de Bessel.

Para hacer esto es muy importante que tengas claro cuál es la diferencia entre sensibilidad, precisión y exactitud: 

• La diferencia entre sensibilidad y precisión
• La diferencia entre precisión y exactitud

Análisis de los resultados

Tras realizar el experimento analizamos los resultados siguiendo los pasos que habíamos previsto en nuestro cuaderno de laboratorio. En este análisis es muy importante que estimes bien cuáles son las incertidumbres experimentales y cómo se propagan. La información que necesitas para hacer esto la tienes en estos vídeos:

• Propagación de errores. 
• Ejemplo de medida múltiple y su aplicación a la propagación de errores.

La mejor forma de analizar unos resultados experimentales es mediante gráficas. Típicamente lo que hacemos será, si lo que queremos es comprobar una ley de la forma y=mx+n, representar los puntos (x,y) en una gráfica para:

• Comprobar hasta qué grado se aproximan a una recta. Esto lo hacemos realizando el ajuste de mínimos cuadrados y viendo cuantos nueves tiene el coeficiente de correlación obtenido.
• Hallar m y n (cada una con su error) para la recta que mejor se ajusta a los datos experimentales y comprobar si corresponden con los valores esperados.

Puedes aprender a hacer esto con este vídeo:

• Método experimental. Ajuste por el método gráfico.

Elaboración de la memoria de prácticas

Al final el alumno tendrá que elaborar un breve informe de todo el trabajo realizado y entrégaselo al profesor. El informe debe incluir todos y cada uno de los apartados siguientes:

1. Portada. Con tu nombre y apellidos, grupo, nombre del profesor, nombre de la práctica realizada y nombre de los compañeros con los que realizaste la práctica.
2. Breve introducción teórica. Se debe redactar una breve descripción del objetivo/objetivos de la práctica ¿Qué pretendíamos averiguar? ¿Qué hipótesis vamos a comprobar que tratan de dar respuesta a esa pregunta? ¿Qué propiedades hemos medido para conseguirlo? ¿Cómo se definen esa propiedades?
3. Breve descripción del método utilizado, del montaje experimental y de las HIPÓTESIS UTILIZADAS. No olvides indicar qué magnitudes se han medido directamente y cómo se ha procedido para calcular las magnitudes derivadas buscadas; así como una exposición del método de medida. Indica también si el método utilizado para medir es preciso o no y cuál es la sensibilidad de los aparatos utilizados.
4. Datos experimentales. Se presentarán los resultados experimentales, en forma de tablas. Comenta también las incidencias ocurridas en la realización de la práctica.
5. Presentación y discusión de los resultados. Conclusiones. LOS RESULTADOS HAN DE PRESENTARSE CON CLARIDAD, ¡con sus unidades, errores absolutos y errores relativos! Ha de indicarse cómo se han obtenido los resultados y presentarlos mediante gráficas. Éstos han de ir acompañados de su correspondiente discusión. No olvides contrastar las hipótesis que inicialmente hiciste (las que se puedan ¿son correctas? ¿no lo son?). Si existiese alguna discrepancia con lo esperado de antemano intenta explicar las posibles causas. Expón, si es posible, las sugerencias que tienes para mejorar y/o continuar con ese trabajo experimental.
6. Conclusiones.
7. Bibiografía utilizada. Indispensable.