Ciencias naturales
Las ciencias naturales buscan entender el funcionamiento del universo y
el mundo que nos rodea. Se pueden distinguir cinco ramas principales: química, astronomía, geología, física y biología
Ciencias naturales, ciencias de la naturaleza, ciencias
físico-naturales o ciencias experimentales son aquellas ciencias que tienen por objeto el estudio de
la naturaleza siguiendo la modalidad del método científico conocida como método experimental. Estudian los
aspectos físicos, y no los aspectos humanos del mundo. Así, como grupo, las
ciencias naturales se distinguen de las ciencias sociales o ciencias humanas (cuya identificación o diferenciación
de las humanidades y artes y de otro tipo de saberes es un problema
epistemológico diferente). Las ciencias naturales, por su parte, se apoyan en
el razonamiento lógico y el aparato metodológico de las ciencias formales, especialmente de la matemática y la lógica, cuya relación con la realidad de la
naturaleza es indirecta.
A diferencia de las ciencias aplicadas, las ciencias
naturales son parte de la ciencia básica, pero tienen en ellas sus
desarrollos prácticos, e interactúan con ellas y con el sistema productivo en
los sistemas denominados de investigación y desarrollo o investigación,
desarrollo e innovación (I+D e I+D+I).1
No deben confundirse con el concepto más restringido de ciencias de la tierra o geociencias.
Ramas de las ciencias naturales
- Ciencias físicas
- Astronomía: se ocupa del estudio de los cuerpos celestes, sus movimientos, los fenómenos ligados a ellos, su registro y la investigación de su origen a partir de la información que llega a ellos a través de la radiación electromagnética o de cualquier otro medio.
- Física: se ocupa del estudio de las propiedades del espacio, el tiempo, la materia y la energía, teniendo en cuenta sus interacciones.
- Geología: se ocupa del estudio de la Tierra y de los cuerpos celestes rocosos, la materia que los compone, la estructura, sus mecanismos de formación y los cambios o alteraciones que han experimentado desde su origen.
- Química: se ocupa del estudio de la composición, la estructura y las propiedades de la materia, así como de los cambios de sus reacciones químicas.
- Ciencias biológicas
- Biología: se ocupa del estudio de los seres vivos y, más específicamente, de su origen, evolución y propiedades (génesis, nutrición, morfogénesis, reproducción, patogenia, etc.).
Descripción de las ciencias naturales
Las misiones de espacio se han utilizado a localizaciones distantes de
la imagen dentro del Sistema Solar, como, por
ejemplo, esta vista del Apolo 11. Vista del cráter Daedalus en la cara oculta de la Luna.
Astronomía
Artículo principal: Astronomía
Esta disciplina es la ciencia de los objetos y fenómenos
astronómicos originados fuera de la atmósfera terrestre. Su campo está relacionado
con la Física, con la Química, con el movimiento y con la
evolución de los objetos celestes, así como también con la formación y el
desarrollo del Universo. La Astronomía
incluye el examen, estudio y modelado de las estrellas, los planetas, los cometas, las galaxias y el cosmos. La mayoría de la información usada por los astrónomos es recogida por
la observación remota, aunque se ha conseguido reproducir, en algunos casos, en
laboratorio, la ejecución de fenómenos celestes, como, por ejemplo, la Química
Molecular del medio interestelar.
Mientras los orígenes del estudio de los elementos y fenómenos celestes
pueden ser rastreados hasta la antigüedad, la metodología científica de este
campo empezó a desarrollarse a mediados del siglo XVII. Un factor clave fue la introducción
del telescopio por Galileo Galilei, que permitió examinar el cielo de
la noche más detalladamente. El tratamiento matemático de la Astronomía comenzó
con el desarrollo de la mecánica celeste y con las leyes de
gravitación por Isaac Newton, aunque ya había sido puesto en
marcha por el trabajo anterior de astrónomos como Johannes Kepler. Hacia el siglo XIX, la Astronomía se había desarrollado
como una ciencia formal, con la introducción de instrumentos tales como el espectroscopio y la fotografía, que permitieron la continua mejora
de telescopios y la creación de observatorios profesionales.
Un fragmento de ADN, la secuencia
química que contiene instrucciones genéticas para el desarrollo biológico
fundamental y su funcionamiento en los seres vivos.
Biología
Artículo principal: Biología
Este campo comprende un conjunto de disciplinas que examinan fenómenos
relativos a organismos vivos. La escala de estudio va desde los subcomponentes
biofísicos hasta los sistemas complejos. La Biología se ocupa de las
características, la clasificación y la conducta de los organismos, así como de la
formación y las interacciones de las especies entre sí y con el medio natural.
Los campos biológicos de la Botánica, la Zoología y la Medicina surgieron desde los primeros
momentos de la civilización, mientras que la Microbiología fue introducida en el siglo XVII con el descubrimiento del microscopio. Sin embargo, no fue hasta el siglo XIX cuando la Biología se unificó, una
vez que los científicos descubrieron coincidencias en todos los seres vivos y
decidieron estudiarlos como un conjunto. Algunos desarrollos clave en la
ciencia de la Biología fueron la genética, la Teoría de la Evolución de Charles Darwin con la llamada selección natural, la Teoría Microbiana de las Enfermedades Infecciosas y la aplicación de
técnicas de Física y Química a nivel celular y molecular (Biofísica y Bioquímica, respectivamente).
La Biología moderna se divide en sub-disciplinas, según los tipos de
organismo y la escala en el que se estudian. La Biología Molecular es el estudio de
la Química fundamental de la vida, mientras que
la Biología Celular tiene como objeto
el examen de la célula, es decir, la unidad constructiva básica de toda la
vida. A un nivel más elevado, está la Fisiología, que estudia la estructura interna
del organismo.
Efecto Meissner, un ejemplo de superconductividad.
Física
Artículo principal: Física
La Física incluye el estudio de los componentes fundamentales del Universo, las fuerzas e interacciones que
ejercen entre sí y los resultados producidos por dichas interacciones. En
general, la Física es considerada como una ciencia fundamental, estrechamente vinculada
con la Matemática y la Lógica en la formulación y cuantificación
de los principios.
El estudio de los principios del Universo tiene una larga historia y un gran
trabajo deductivo, a partir de la observación y la experimentación. La
formulación de las teorías sobre las leyes que gobiernan el Universo ha sido un
objetivo central de la Física desde tiempos remotos, con la filosofía del
empleo sistemático de experimentos cuantitativos de observación y prueba como
fuente de verificación. La clave del desarrollo histórico de la Física incluye
hitos como la Teoría de la Gravitación Universal y la mecánica clásica de Newton, la comprensión de la naturaleza de
la electricidad y su relación con
el magnetismo, la Teoría General de la Relatividad y la Teoría Especial de la Relatividad de Einstein, el desarrollo de la termodinámica y el modelo de la mecánica cuántica, a los niveles de
la Física atómica y subatómica.
El campo de la Física es extraordinariamente amplio, y puede incluir
estudios tan diversos como la Mecánica Cuántica, la Física Teórica o la Óptica. La Física moderna se orienta a una
especialización creciente, donde los investigadores tienden a enfocar áreas
particulares más que a ser universalistas, como lo fueron Albert Einstein o Lev Landau, que trabajaron en
una multiplicidad de áreas.
Geología
Artículo principal: Geología
La Geología es un término que engloba a las ciencias relacionadas con el planeta Tierra, que incluyen la Geofísica, la Tectónica, la Geología estructural, la Estratigrafía, la Paleontología, la Hidrología, la Meteorología, la Geografía Física, la Oceanografía y la Edafología.
Aunque la minería y las piedras preciosas han sido objeto del interés humano a
lo largo de la historia de la civilización, su desarrollo científico dentro de
la ciencia de la Geología no ocurrió hasta el siglo XVIII. El estudio de la Tierra, en especial, la Paleontología, floreció en el siglo XIX, y el crecimiento de otras
disciplinas, como la Geofísica, en el siglo XX, con la Teoría de las Placas Tectónicas, en los años 60,
que tuvo un impacto sobre las ciencias de la Tierra similar a la Teoría de la Evolución sobre la Biología.
La Geología está, en la actualidad, estrechamente ligada a la
investigación climática y a las industrias minera y petrolera.
Fórmula estructural de la molécula de cafeína.
Química
Artículo principal: Química
Constituyendo el estudio científico de la materia a escala atómica y molecular, la Química se ocupa principalmente
de las agrupaciones supraatómicas, como son los gases, las moléculas, los cristales y los metales, estudiando su composición, propiedades estadísticas, transformaciones
y reacciones. La Química también incluye la comprensión de las propiedades e
interacciones de la materia a escala atómica. La mayoría de los procesos
químicos pueden ser estudiados directamente en el laboratorio, usando una serie de técnicas a
menudo bien establecidas, tanto de manipulación de materiales como de
comprensión de los procesos subyacentes. Una aproximación alternativa es la
proporcionada por las técnicas de modelado molecular, que extraen
conclusiones de modelos computacionales. La Química es llamada a menudo
"ciencia central", por su papel de conexión con las otras Ciencias
Naturales.
La experimentación química tuvo su origen en la Alquimia, un sistema de creencias que
combinaba esoterismo y experimentación física. La ciencia de la Química comenzó
a desarrollarse a finales del siglo XVIII, con el trabajo de científicos
notables como Robert Boyle, el descubridor de
los gases, o Antoine Lavoisier, que descubrió la Ley de Conservación de la Masa. La sistematización se hizo patente
con la creación de la Tabla Periódica de los Elementos y la introducción de la Teoría Atómica, cuando los
investigadores desarrollaron una comprensión fundamental de los estados de la
materia, los iones, los enlaces químicos y las reacciones químicas. Desde la primera
mitad del siglo XIX, el desarrollo de
la Química lleva aparejado la aparición y expansión de una industria química de gran relevancia
en la economía y la calidad de vida actuales.
Ciencias cruzadas
Las diferencias entre las disciplinas de las Ciencias Naturales no
siempre son marcadas, y estas «ciencias cruzadas» comparten un gran número de
campos. La Física juega un papel significativo en las otras Ciencias Naturales,
dando origen, por ejemplo, a la Astrofísica, la Geofísica, la Química Física y la Biofísica. Asimismo, la Química está
representada por varios campos, como la Bioquímica, la Geoquímica y la Astroquímica.
Un ejemplo particular de disciplina científica que abarca múltiples
Ciencias Naturales es la ciencia del medio ambiente. Esta materia estudia las
interacciones de los componentes físicos, químicos y biológicos del medio, con
particular atención a los efectos de la actividad humana y su impacto sobre la biodiversidad y la sostenibilidad. Esta ciencia también afecta a
expertos de otros campos.
Una disciplina comparable a la anterior es la Oceanografía, que se relaciona con una amplia
gama de disciplinas científicas. La Oceanografía se subdivide, a su vez, en
otras disciplinas cruzadas, como la Biología Marina. Como el ecosistema marino es muy
grande y diverso, la Biología Marina también se bifurca en muchas
subdivisiones, incluyendo especializaciones en especies particulares.
Hay también un grupo de campos con disciplinas cruzadas en los que, por
la naturaleza de los problemas que abarcan, hay fuertes corrientes contrarias a
la especialización. Por otro lado, en algunos campos de aplicaciones
integrales, los especialistas, en más de un campo, tienen un papel clave en el
diálogo entre ellos. Tales campos integrales, por ejemplo, pueden incluir la Nanociencia, la Astrobiología y complejos sistemas informáticos.
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