DISEÑO DEL EXPERIMENTO

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AMCE 3: 
“DISEÑO DEL EXPERIMENTO” 
 
 
 
 
I. OBJETIVO 
Escribir un procedimiento que permita 
comprobar la hipótesis de trabajo del 
fenómeno físico asignado. 
II. INTRODUCCIÓN 
Cuando investigamos sobre un fenómeno 
físico aplicando el método científico 
experimental, primero debemos conocer 
y entender el problema, lo cual 
conseguimos por medio de la consulta 
bibliográfica y la observación del 
fenómeno. Luego, estamos en capacidad 
de plantear las posibles explicaciones o 
hipótesis que darán razón al fenómeno 
físico que estudiamos. Sin embargo, las 
hipótesis tienen que comprobarse para 
que pasen de ser un simple juicio de 
valor y puedan con base a leyes y 
principios científicos aceptarse, 
rechazarse o conjeturarse. 
Para el diseño de un experimento se 
requiere tener presente en principio el 
propósito de la investigación y esta 
podría ser para: 
a) Verificar una hipótesis, un modelo o 
una ley establecida. 
b) Complementar o extender un trabajo 
experimental existente. 
c) Investigar un problema nuevo. 
 
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Una vez teniendo claridad en lo que se 
quiere hacer, podemos empezar a 
planear un experimento, para el cual 
deben seguirse los siguientes pasos: 
a) Identificar el sistema y el modelo. 
Esto puede parecer algo trivial, pero es 
mejor tener claro desde el principio cual 
es el tema de nuestro experimento. 
Debemos determinar los límites del 
sistema físico y de la hipótesis de trabajo 
y proceder a probar la situación. 
b) Elegir las variables. 
Normalmente alguna magnitud en el 
experimento se presentará como la 
elección obvia para una variable de salida 
(dependiente). Si hay varias variables de 
entrada, debemos tratar de identificar 
una como la variable independiente 
principal y dejar todas las demás 
variables fijas. 
c) Elegir el alcance de las variables. 
Antes de empezar las mediciones, 
debemos decidir sobre los intervalos en 
que esperamos hacerlas. Siempre 
existirán una diversidad de limitantes, 
por ejemplo, puede haber límites de los 
instrumentos más allá de los cuales 
puede ocurrir un daño, como límites 
elásticos, calentamiento excesivo de 
resistores de precisión, sobrecarga de 
medidores y de otros instrumentos. 
Hacer mediciones meticulosas de prueba 
nos permitirá determinar el intervalo de 
variables de entrada que impide que 
sobrecarguemos cualquier parte del 
sistema. Este es el momento de 
considerar cuidadosamente todos los 
aspectos de las especificaciones de los 
equipos e instrumentos. 
d) Determinar la precisión del 
experimento. 
Debemos asegurarnos que por una parte, 
todas nuestras mediciones sean de 
suficiente precisión para contribuir con 
provecho al resultado final y por otra, no 
perder tiempo y esfuerzos haciendo 
mediciones con una precisión muy por 
encima de la que se requiere 
e) Procedimiento experimental. 
El procedimiento experimental es la 
secuencia de operaciones que se deben 
seguir para poder observar, medir, 
controlar y obtener información 
pertinente sobre el fenómeno de interés. 
f) Tabla de resultados. 
Esta incluirá todas las magnitudes (o 
variables) por medir en el experimento y 
los resultados de las mediciones; se 
proporcionará también espacio para 
cualquier cálculo requerido. 
La tabla de resultados ayudará también a 
resguardarse de la omisión accidental de 
alguna medición significativa, que podría 
pasarse por alto a resultas de la presión 
de la misma experimentación. 
Es de mencionar que un experimento 
bien diseñado y armado resistirá 
cuestionamientos y las críticas se 
 
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enfocarán en las conclusiones, en lugar 
de los posibles errores experimentales. 
EJEMPLO 
TEMA: “MOVIMIENTO DE UN CUERPO 
EN CAÍDA LIBRE” 
Para ilustrar como se aplica el tercer paso 
del método científico, continuaremos 
con el ejemplo del fenómeno físico de la 
sesión anterior sobre la “Caída libre”, en 
la cual se planteó la siguiente hipótesis 
de trabajo: 
“Cuando un cuerpo se deja caer desde el 
reposo desde cierta altura, el tiempo 
que tarda en caer, es proporcional a la 
altura de caída. Es decir que existe una 
relación de tipo potencial, entre ambas 
variables. Llamando “t” al tiempo de 
caída y “y” a la altura de caída, 
expresamos matemáticamente esta 
hipótesis de la siguiente manera: t α yn, 
que se lee “t” es directamente 
proporcional a “yn”. Utilizando una 
constante de proporcionalidad “k”, la 
expresión matemática sería t = k yn “. 
Teniendo claro la hipótesis de trabajo de 
nuestro tema de investigación, estamos 
listos para escribir nuestro propósito. 
PROPÓSITO 
En nuestra consulta bibliográfica se 
determinó que el modelo teórico que 
mejor describe nuestro fenómeno físico 
de “caída libre”, considerando las 
variables altura y tiempo de caída, es la 
ecuación cinemática que se muestra a 
continuación: 
 
2
0 0 (1)
2
gt
y y v t   
Considerando, la altura de caída como 
nuestra referencia (y0=0) y la velocidad 
inicial como cero (v0=0) ya que el cuerpo 
parte del reposo, la ecuación 1 se puede 
escribir de la siguiente forma: 
2 2
 ó (2)
2
gt y
y t
g
  
Por lo tanto, nuestro propósito será 
verificar el modelo teórico (o hipótesis de 
trabajo) siguiente: 
 “El tiempo de caída de un cuerpo en 
caída libre, es proporcional a la raíz 
cuadrada de la altura”. 
Resumido en una relación de 
proporcionalidad o de una ecuación, 
éstas se expresarían de la siguiente 
manera: 
 
1 1
2 2 o t y t ky  
SISTEMA 
Aquí se describe las diferentes partes que 
constituyen nuestro sistema físico 
experimental. 
“Un aparato de caída libre con 
electroimán, de altura regulable, 
conectada al cronómetro para registrar 
el momento en que se separa la bola del 
electroimán; una fuente de alimentación 
para el electroimán, una regla graduada 
 
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en mm para medir la altura de caída y 
una rampa de impacto conectada a un 
cronómetro, el cual se detiene al 
impactar la bola, para registrar el 
tiempo transcurrido en la caída de la 
bola”. 
VARIABLES 
Con base al modelo o hipótesis de 
trabajo, definimos a nuestras variables 
como dependientes e independientes. 
 y: Es la altura de caída y en este caso 
es la variable independiente ó 
variable de entrada. 
 t: Es el tiempo de caída y será 
nuestra variable dependiente ó 
variable de salida. 
También señalamos que k es un valor 
constante y la llamaremos constante de 
proporcionalidad. 
ALCANCE DE LAS VARIABLES 
En esta parte establecemos los rangos de 
evaluación de nuestras variables a 
ensayar. 
“Se utilizarán pruebas para valores de 
altura entre 15.0 cm y 150.0 cm para la 
variable de entrada. El rango de valores 
para la variable de salida estará 
determinada por el sistema y 
relacionada con la altura de caída”. 
PRECISIÓN DEL EXPERIMENTO 
Con base a los instrumentos de medición 
disponibles establecemos su precisión. 
“Para el tiempo se leerá hasta las 
centésimas de segundo (0.01 s) y para la 
altura hasta las décimas de centímetros 
(0.1 cm). Tomando en cuenta la 
precisión de los instrumentos y que la 
rampa de impacto tiene un retardo al 
accionar el interruptor, de 
aproximadamente 0.5 cm, nuestra 
hipótesis será aceptada hasta con el 10 
% de desviación o error porcentual del 
exponente de la variable independiente 
respecto al valor teórico o de 
referencia”. 
MATERIAL, EQUIPO E INSTRUMENTOS 
DISPONIBLES. 
 Aparato de caída libre con 
electroimán, de altura regulable. Fuente de alimentación 
 Rampa de impacto 
 Cronómetro con precisión de 0.01 s. 
 Regla graduada en mm. 
 Bola de acero 
 
 
 
Figura 1 
Esquema del aparato de caída libre: equipos e 
instrumentos dispuestos para realizar el 
experimento. 
 
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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 
1) Revise y acople el equipo, verifique 
que las especificaciones requeridas se 
satisfacen. 
2) Utilice para el experimento 7 alturas 
de caída: 15.0, 20.0, 30.0, 60.0, 90.0, 
120.0 y 150.0 cm. 
3) Mida cuidadosamente la altura de 
caída; opere el aparato y registre el 
tiempo de caída; anote sus resultados 
en la tabla 1 y repita el proceso para 
la misma altura dos veces más. 
Obtenga la media aritmética de los 
tres valores. 
4) Repita el proceso para las otras 
alturas fijadas anticipadamente e 
indicadas en la tabla 1. 
 
 
5) Grafique tpromedio contra Y en papel 
milimetrado, a fin de observar la 
tendencia o posible relación entre 
variables. 
6) Si la tendencia de la gráfica indica una 
relación potencial, grafique tpromedio 
contra Y en papel logarítmico (log-
log); si la tendencia sugiere una 
relación exponencial graficar en papel 
semilogarítmico. 
7) Encuentre el valor de la constante k y 
del intercepto b, si la relación es 
lineal; el valor del exponente n y de la 
constante de proporcionalidad k, si la 
relación fuera potencial, o de las 
constantes A y D si fuera relación 
exponencial. 
8) Comparar el valor de las constantes k 
y b con los valores teóricos si la 
relación es lineal, o el del exponente 
n encontrado experimentalmente 
con el valor teórico, si fuera relación 
potencial, o el valor experimental de 
D con el de referencia, si fuera 
relación exponencial y obtenga el 
error porcentual utilizando la 
siguiente expresión: 
 
% 100
Teórico Experimental
Teórico
Valor Valor
Error x
Valor


 
9) Escriba la ecuación empírica 
resultante. 
ASIGNACIÓN 
Deberá entregar a su docente encargado 
una copia de la hoja de trabajo del 
informe del AMCE3 anexo a esta guía 
para su evaluación. 
Observación Altura Y (cm) t1 (s) t2 (s) t3 (s) tpromedio (s)
1 15.0
2 20.0
3 30.0
4 60.0
5 90.0
6 120.0
7 150.0
TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES
TABLA 1
 
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ANEXO 
 
HOJA DE TRABAJO 
INFORME DEL PASO 3: “DISEÑO DEL EXPERIMENTO” 
AMCE 3 
 
 
 
 
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AMCE 3 
 
a) (5 %) PROPÓSITO DEL EXPERIMENTO 
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________ 
 
b) (5 %) HIPÓTESIS DE TRABAJO (Revisada por el docente). 
____________________________________________________________
____________________________________________________________ 
____________________________________________________________
____________________________________________________________ 
 
c) (10 %) DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA 
____________________________________________________________
____________________________________________________________ 
____________________________________________________________
____________________________________________________________ 
____________________________________________________________
____________________________________________________________ 
____________________________________________________________
____________________________________________________________ 
 
d) (10 %) VARIABLES 
Independiente: 
____________________________________________________________
____________________________________________________________ 
Dependiente: 
____________________________________________________________
____________________________________________________________ 
e) (10 %) ALCANCE DE LAS VARIABLES 
Independiente: 
____________________________________________________________
____________________________________________________________ 
 
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Dependiente: 
____________________________________________________________
____________________________________________________________ 
 
f) (10 %) PRECISIÓN DEL EXPERIMENTO 
____________________________________________________________
____________________________________________________________ 
____________________________________________________________
____________________________________________________________ 
____________________________________________________________
____________________________________________________________ 
 
g) (10 %) MATERIAL Y EQUIPO 
 
No DESCRIPCIÓN ESQUEMA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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h) (20 %) PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 
PASOS 
1) __________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________ 
2) __________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________ 
3) __________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________ 
4) __________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________ 
5) __________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________ 
6) __________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________ 
7) __________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________ 
8) __________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________ 
 
 
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i) (20 %) DISEÑO DE LA TABLA DE DATOS