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29/12/14

LA BALANZA DE TORSIÓN

Henry Cavendish mide la constante de gravitación universal (1798)

Cuando el físico inglés Isaac Newton dio a conocer sus leyes sobre la fuerza de gravedad, varios científicos intentaron medir la "la constante de gravitación universal", una constante presente en la naturaleza que determina la fuente de atracción gravitatoria entre los cuerpos, es decir, la fuerza que experimentan entre sí los objetos con masa. Ésta explica los grandes movimientos que se observan en el universo, como las órbitas de los planetas alrededor del Sol, y la órbita de la Luna alrededor de la Tierra. Conocerla significaba, por lo tanto, determinar las masas de esos cuerpos celestes. El primer intento formal de hallar esa constante en un laboratorio fue del inglés John Michell (1724-1793), quien elaboró una balanza de torsión. Ésta tiene una estructura simple. Consiste en una barra colgada de un hilo metálico que puede torcerse. Cuando la barra gira, el alambre tiende a regresarla a su posición original. Su mecanismo es muy sensible para medir fuerzas. Por ejemplo, puede colocarse una partícula cargada en un extremo de una barra y acercarle un imán para determinar su fuerza de atracción.


El modelo creado por Michell llegó a manos del físico Henry Cavendish (1731-1810), quien se inspiró en él para construir su balanza. Su estructura era una vara horizontal de dos metros de longitud, colgada de un hilo. En cada extremo había dos esferas metálicas de 5 cm de diámetro y 700 g de peso. A unos 23 cm de cada una colocó otras esferas del mismo material, pero de diferentes dimensiones (30 cm de diámetro y 150 kg). Su atracción sobre las esferas pequeñas hizo rotar el brazo del que estaban suspendidas y, en consecuencia, el hilo metálico. El brazo dejó de rotar cuando la fuerza de atracción gravitatoria entre las esferas grandes y las esferas pequeñas se equilibró. Al medir el ángulo de la barra y conocer el coeficiente de torsión (que mide la tendencia de una fuerza para hacer rotar a un objeto alrededor de un eje), logró determinar la fuerza entre los dos pares de esferas. El valor que obtuvo difiere por sólo 1 por ciento del que se conoce actualmente. Debido a que la fuerza de atracción de la Tierra sobre cualquier objeto que hay en su superficie puede medirse directamente, valiéndose de la constante que halló en su experimento, Cavendish pudo determinar las masas de la Tierra, el Sol y la Luna.


Fuente: Edición impresa Muy Interesante

19/12/14

LANZAMIENTOS DESDE LA TORRE INCLINADA

Galileo descubre la universidad de la caída libre (s. XVI)


Hasta inicio del siglo XVI, la gente común y los científicos estaban seguros de que los objetos pesados caían más rápidamente que los livianos. Aristóteles, uno de los pensadores más importantes de la Antigüedad y que pocos se atrevían a cuestionar, había postulado originalmente esa hipótesis. Pero el italiano Galileo Galilei (1564-1642) estaba convencido de que esa visión era errónea. De acuerdo con los relatos de su secretario particular Vincenzo Viviani, realizó un experimento para comprobarlo. Aunque  los historiadores afirman que quizá no lo llevó a cabo realmente, es una de las grandes leyendas de la ciencia.

De acuerdo con ella, el científico italiano, estudiante de la Universidad de Pisa, subió a uno de los niveles superiores de la famosa torre inclinada de esa ciudad. Llevaba consigo balas comunes de cañón, balas de oro, plata y madera con pesos diferentes. Su objetivo era dejarlas caer desde lo alto y comprobar si llegaban al mismo tiempo al suelo. Otras versiones de la historia mencionan, simplemente, dos objetos. Si Aristóteles tenía razón, los objetos más pesados, o los de materiales más densos, tocarían el piso antes que los más livianos. Sin embargo, durante el experimento se comprobó que todas las balas llegaban al mismo tiempo independientemente de sus tamaños y materiales. Una fuerza misteriosa (que luego se identificó como gravedad) provocaba la misma aceleración en cada una de ellas.
Se haya realizado o no esta prueba, que al parecer era un experimento común entre otros científicos contemporáneos de Galileo, éste descubrió lo que hoy conocemos como "Universalidad de la Caída Libre" o "Principio de equivalencia", una de las bases que la física moderna retomada por Albert Einstein al postular su Teoría General de la Relatividad. Algunos científicos contemporáneos a nosotros como el investigador James Williams, de la NASA, han puesto en duda esta teoría: la aceleración de la gravedad podría depender muy sutilmente de la composición de los objetos en caída libre.


Fuente: Edición impresa Muy Interesante

 

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