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¿Cómo trabajar con datos experimentales?

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Recursos

En la exploración de la ciencia y sus métodos, nos encontramos con la necesidad de trabajar con datos no solo teóricos o simulados, sino con aquellos que se obtienen de la experimentación real. Comprender cómo se aplican los métodos computacionales a los datos experimentales es esencial. Esta comprensión y aplicación se basa en el método científico, una piedra angular de la investigación que utiliza teoría e hipótesis como guías iniciales para el diseño de experimentos objetivos y la posterior verificación o refutación de dichas hipótesis. Veremos cómo teorías ampliamente reconocidas han sido contrastadas con la realidad experimental y discutiremos la relevancia de aplicar análisis estadísticos, como las regresiones lineales, para interpretar los resultados de estos experimentos. Te animo a unirte a este continuo aprendizaje y a aportar ejemplos interesantes en los que podamos indagar juntos.

El método científico y la hipótesis

¿Cómo se vinculan la teoría y la experimentación en el método científico? El punto de partida es siempre una hipótesis o teoría, posibilitando la creación de experimentos diseñados objetivamente para su comprobación. En este proceso, es fundamental abordar la experimentación sin prejuicios, buscando la verdad de la hipótesis sin intentar forzar los resultados a favor de nuestras creencias iniciales.

Diseño y ejecución de experimentos

¿Cuál es la importancia del diseño y ejecución de experimentos? Una vez formulada la hipótesis, se procede a diseñar un experimento que permita confirmarla o refutarla. La ejecución de dicho experimento proporciona datos que, al compararlos con las predicciones teóricas, nos indican si la teoría se sostiene ante la evidencia empírica o si, por el contrario, debe ser cuestionada o incluso descartada.

Comparación entre teoría y datos experimentales

¿Qué sucede cuando se comparan los datos experimentales con las teorías? A lo largo de la historia, muchas teorías han sido confirmadas a través de experimentos, como es el caso de la mecánica cuántica y la teoría general de la relatividad. Sin embargo, el hecho de que estas teorías sean incompatibles entre sí, plantea desafíos significativos e invita a profundizar en el conocimiento y la investigación científica.

Leyes de Hooke y de Joule, y verificación experimental

¿Cómo se verifica experimentalmente la ley de Hooke y la ley de Joule? Tomemos como ejemplo la ley de Hooke y la ley de plasticidad de Joule. Estas nos permiten saber la fuerza necesaria para estirar un resorte y la fuerza que este ejercerá para volver a su forma original. Para validar estas leyes se realizan experimentos objetivos, estirando un resorte con diferentes pesos y observando su comportamiento lineal.

Uso de regresiones lineales para validar teorías

¿Cómo pueden las regresiones lineales ayudarnos a validar teorías científicas? En la próxima clase, exploraremos cómo las regresiones lineales se utilizan para determinar si los datos experimentales se alinean con una teoría. Además, veremos cómo esta técnica estadística también es útil para desarrollar descripciones matemáticas cuando no existe una teoría previa.

Recuerda que el camino del conocimiento está lleno de descubrimientos fascinantes, y tú también puedes contribuir con ejemplos de experimentos que consideres relevantes. No dudes en compartir tus ideas o propuestas que podamos revisar juntos para seguir aprendiendo sobre la maravillosa interacción entre la teoría y la experimentación. ¡Te espero en la próxima clase para continuar este viaje de descubrimiento científico!

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David, creo que hay que tener cuidado con no usar indiscriminadamente los conceptos de hipótesis y teoría, sobre todo si vas a mencionar el método científico. Yo estudio un posgrado en ciencias y muchas veces me ha tocado ver como muchos de los grandes aportes de la ciencia se demeritan por no tener clara la diferencia entre estos conceptos. En gran parte de esta clase tú en realidad hablas de testar hipótesis. Por lo demás, valoro mucho tus clases y gusta forma de enseñar, pero en estas series de python he echado mucho de menos que te tomes más el tiempo para explicaciones gráficas o con material visual previo a empezar con el código. Saludos.

Solo para aclarar:

La hipótesis es lo que pones a prueba, para validarla o falsearla. La teoría es un conjunto de hipótesis comprobadas. 😃

https://github.com/karlbehrensg/programacion-dinamica-y-estocastica
¿Cómo trabajar con datos experimentales?

Los datos experimentales son aquellos que se generan a través del método científico.

  • Con el método científico es necesario comenzar con una teoría o hipótesis sobre el resultado al que se quiere llegar.
  • Basado en la hipótesis se debe crear un experimento para validad o falsear la hipótesis.
  • Se valida o falsea una hipótesis midiendo la diferencia entre las mediciones experimentales y aquellas mediciones predichas por la hipótesis.

Metan a su gato en una caja.

" Esto es una discusión para otra clase" jaja. Claro, para un curso de teoría de la Relatividad restringida y general.

sigo insistiendo, el profe sería buen profe de física y mates.

Sugiero el problema de probar la hipótesis de Golbach o la hipótesis de Riemann. Un millón de dolares dan por la solución de cada uno.

Yo estudié Ing. Civil y en la universidad teníamos laboratorios de física donde íbamos probando las hipótesis teóricas (fórmulas) para encontrar una constante de comportamiento: medir las distancias que se mueve un conductor lineal en un campo magnético, resortes, ondas en agua, etc. Es lindo ver que volveré a aplicar eso.

odio las regraciones lineales

Aca hay otro video que explica las diferencias de hipotesis y teoria
https://www.youtube.com/watch?v=21tnGFf1fXo

Muy buenas estas últimas clases, David expandiendo el conocimiento!

Actualmente la teoria mas general que se tiene que unifica la relatividad general y la mecanica cuantica es la Teoria cuantica de campos aunque tiene cosas discutibles, nos ha sido de mucha utilidad en la practica.

Recomiendo la serie:
Cosmos: A Spacetime Odyssey

¿Cómo trabajar con datos experimentales?


Cuando uno realiza el análisis de los datos experimentales, lo primero que se pregunta es ¿en qué grado puedo creer en las mediciones efectuadas? En otras palabras se necesita saber si se han cometido errores experimentales que dependen de uno y que pueden distorsionar las conclusiones a que arribamos sobre un hecho dado, digamos una muestra que analizamos en el laboratorio, o si los errores que afectan nuestra experimentación son los que pueden ocurrir normalmente debido a la probabilidad de desviaciones o fluctuaciones de los valores por la conjunción de fenómenos casuales. También es necesario presentar nuestros resultados de manera que cualquier otra persona pueda saber el error experimental de los mismos. Las herramientas de la estadística nos proporcionan los medios para resolver estos aspectos de una forma normalizada y aceptada universalmente.

<h3>Aplicar el Método Científico:</h3>

Me parecen interesantes los experimentos sobre el comportamiento humano aplicado a negocios, teoría de juegos, riesgo, toma de decisiones.

un experimento muy interesante y fácil de hacer en casa es el disco de Newton. Consiste en un trompo/disco con todos los colores del arcoiris, en resumen la teoría dice que si sumamos los colores del arcoiris tenemos como resultado el color de luz original(blanco).

Los experimentos en laboratorio sobre corrupción dependiendo la posición del agente, y también de preferencias de voto se me hacen los más interesantes.

Para complementar lo que algunos han dicho en los comentarios, en lo referente a hipótesis y teoría:
Una teoría es un conjunto de ideas sobre cómo funciona el mundo, de manera general, y como tal, no existen teorías “verdaderas” o “falsas” sino más o menos adecuadas o ajustadas a los datos experimentales. Tanto la teoría gravitarcional clásica de Newton como la teoría de la relatividad general hablan del mismo fenómeno, pero sus ideas subyacentes son bien distintas. ¿Cuál es la “verdadera”? es una pregunta sin sentido, pues no hay manera de ver, de percibir empíricamente el espacio-tiempo o un marco de referencia absoluto; esas son tan solo ideas, constructos abstractos que nos ayudan a entender y explicar lo que sí podemos percibir: el movimiento de los cuerpos. Por ende, todo lo que podemos afirmar de una teoría es cuán bien se ajusta o explica los datos experimentales, y de hecho la manera de seguir avanzando en el conocimiento científico es buscando romper las teorías con las que contamos. Es decir, viendo cuáles son las condiciones límites de nuestras teorías y qué pasa, experimentalmente, cuando nos encontramos en esos límites. Por ejemplo, aunque la relatividad general se ajusta muy bien a la mayoría de las observaciones, se rompe en casos como el interior de los agujeros negros; no nos sirve más para hacer predicciones de lo que pasa en su interior, o tampoco para saber qué ocurrió en los primeros instantes luego del Big Bang… El mensaje es que las teorías tampoco están grabadas en piedra. El método científico no busca confirmar las viejas teorías, sino romperlas y remplazarlas con nuevas teorías que sean más poderosas, más precisas, que se ajusten y expliquen mejor los nuevos datos.
Por último, y en breve, sobre las hipótesis: sí, son predicciones hechas a priori sobre lo que debería suceder en una observación, si nuestra respectiva teoría es acertada. Si la predicción se cumple, no pasa nada, pero si no se cumple, quiere decir que hay algo mal en nuestra teoría (o en la aplicación que hicimos de ella) y podemos empezar a investigar qué es.
Un saludo.

Una colección de programas que simulen los problemas de la mecánica clásica o algo por el estilo. Muy interesante incluir este tema para la programación.

Un experimento que siempre me impresiono fue la de colocar una vela en un plato y taparla con un vaso, luego depositar agua en el plato y ver que a medida que se va apagando la vela el nivel del agua va subiendo, es una forma de apagar la vela sin soplarla gracias a que se agoto el oxigeno dentro del vaso y por eso la vela no puede seguir con su reacción de combustión

uno muy facil es ver que el del punto de equilibrio y este como cambia cuando se le extrae masa.
Coja una vela y en la cola le saca un pedacito para poder prender la mecha, luego colocas la vela en un punto de equilibrio y la prendes por los dos lados y veras como pierde y recupera su punto de equilibrio

Para aclarar!
Una hipótesis tiene como requisito ser falseable, es decir que es posible diseñar un experimento para confirmar o reprobar la hipótesis.

Un ejemplo de una hipótesis no falseable sería:

  • Existe un gato en el centro de la galaxia (NO se puede diseñar un experimento que permita poner a prueba la hipótesis)

Donde habra quedado la ** otra ** clase del problema de la cuantica y la relatividad Hmmm XD

pues no es para comprobar nada porque ya está más que comprobado, pero me parece interesante el experimento de la doble rendija para los que no sepan les explico maso menos
++experimento de la doble rendija: ++
materiales:

  • fuente de luz (puede ser la del celular)

  • 1 cartulina o trozo de cartón

  • una pared la de la casa
    procedimiento:

  • hacerle 2 líneas largas pero delgadas pro donde pase un poco de luz paralelas a unos 3 o mas cm la una de la otra (en la mitad del cartón)

  • colocar la fuente de luz apuntando a la pared y entre la pared y la luz colocar el cartón con las líneas y mostrara un patrón de líneas en la pared

la cuestión es que eso demuestra que la luz se comporta como una onda ya que el patrón de líneas es un patrón de interferencia donde las ondas de luz de las mismas frecuencias se amplifican y opuestas se cancelan

esto deberia ser otra clase

  • Indudablemente, en ciencia formal, es necesario evaluar, primero, cuando una investigación requiere una hipótesis.

  • luego, debes analizar tus variables,

  • bla, bla, bla

  • no en todas las investigaciones experimentales se aplican todos los supuestos pasos.

Podemos utilizar la regresión lineal, para comprobar los datos que hemos extraido o incluso para generar una hipótesis matemáticamente.

La mecánica cuántica y la teoría de la relatividad, son incompatibles.

Primero empezamos con hipótesis y luego podemos generar experimentos.

Al momento de generar una hipótesis, tenemos que al mismo tiempo generar un experimento, que nos permita balancear entre lo predicho y lo que ha sucedido y así entender, si estábamos en lo correcto.

En muchas ocaciones, nuestros datos, se enfocarán en la experimentación.

Trabajo con datos Experimentales
Es decir trabajaremos con el método científico.
Para ello necesitamos definir una hipótesis que nos servirá de guía para plantear nuestro experimento. El experimento debe plantearse de manera que se compruebe o refute nuestra hipótesis, ambos resultados son igual de validos, cuidemos de no sesgarnos e intentar probar nuestra hipótesis a toda costa.
Una vez realizado el experimento validaremos nuestra hipótesis midiendo la diferencia entre los resultados predichos y los datos reales obtenidos.

En la mecánica cuántica primero fueron los experimentos, los físicos de la época se quedaron como “whaaaat”, entonces dijo Plack “pues si hago que la energía se comporte así me jala”, después DeBoroglie dijo “pues ya intenté esto y no se puede, neveeer” y entonces einstein dijo “aber aber voy a usar lo que dice plank y mis compas aunque no me guste, y puuum explico el efeco fotoelectrico”, y así con un buen de experimentos, después llegó Schrödringer y dijo “pues yo digo que todo viene de acá con una ecuación que engloba a todos esos efectos pienso que las partículas se comportan así” y puuum y así varias veces

Esta clase me trajo viejos recuerdos.

Entendido

En adición a lo que aportó @riccilob me parece super importante explicar que mientras que una hipótesis se trata de una conjetura basada en conocimiento existente que puede ser o no comprobada, una teoría es un modelo constituído por una o varias hipótesis que fueron probadas. Las bases de una teoría son fuertes y concretas.

Muy pocas cosas en la naturaleza son lineales. Realmente el mundo es una secuencia de eventos no lineales.

Solo aclarando y en lenguaje muy simplificado pero práctico:

  • La “Hipótesis” tiende a ser algo tomado más a la “ligera” de observaciones que piensas puede ocurrir (Ej: mi hipótesis basado en en observar el clima es que hoy tarde va a llover)
  • la “Teoría” es mucho más elaborada y tiene un sustento (técnicamente siempre utilizamos mal esta palabra). Como al teoría de la evolución
  • La Ley es algo que se CUMPLE SÍ O SÍ: 2da ley de la termodinámica: La Entropía siempre tiende a incrementarse

Regresiones lineales? 😮

El video lo estoy viendo a las 12.25 am que buena fiesta :D
  • Estudio física 🔭, y en todos los laboratorios que llevamos en la carrera realizamos experimentos para comparar los resultados con lo que estamos viendo en la teoría. Un experimento sencillo es obtener la aceleración de la gravedad 🌎 en la tierra, dejando caer un objeto y analizando el video de esto para ver cuanto tiempo tarda en caer ⏲️. Pueden usar Tracker para analizar el video!

Según la Wikipedia, los conceptos de hipótesis científica y teoría científica son:

Una hipótesis científica es una proposición aceptable que ha sido formulada a través de la recolección de información y datos, aunque no esté confirmada, sirve para responder de forma alternativa a un problema con base científica.
.
Una teoría científica es un conjunto de conceptos, incluyendo abstracciones de fenómenos observables y propiedades cuantificables, junto con reglas (leyes científicas) que expresan las relaciones entre las observaciones de dichos conceptos. Una teoría científica se construye para ajustarse a los datos empíricos disponibles sobre dichas observaciones, y se propone como un principio o conjunto de principios para explicar una clase de fenómenos.

Se valida o falsea una hipótesis midiendo la diferencia entre las mediciones experimentales y aquellas mediciones predichas por la hipótesis.

Alguien conoce algún libro de todo lo relacionado con la ciencia de datos, me gustaría complementar. Muchas gracias