Henry Cavendish
La constante de gravitación universal
En esta entrada pasaremos a hablar del científico inglés, Henry Cavendish y de sus numerosos descubrimientos a lo largo de su vida. Para ello nos nutriremos del capítulo quinto del libro “De Arquímedes a Einstein” y de numerosas fuentes de internet.
Primero empezaremos hablando de Royal Society, para la cual Cavendish trabajó parte de su vida al igual que muchos otros científicos de la historia como Isaac Newton o Robert Hooke.
La Royal society es una de las más antiguas sociedades científicas de Europa y la más antigua de Reino Unido ya que se fundó en el año 1660. La royal society es una sociedad científica, pero a su vez es un organismo de financiación ya que cuenta con un régimen de subvenciones para más de 3000 científicos de todo el mundo, diseñado para mejorar la base científica del Reino Unido y para fomentar la colaboración de otros países. A su vez cuenta con una biblioteca con más de 70.000 libros y alberga una de las colecciones de publicaciones científicas más grandes del mundo.
Sus logros más importantes han sido la Medalla Royal, para las dos más importantes contribuciones para el adelanto de conocimiento natural, la Medalla Sylvester, en el campo de las matemáticas, y la Medalla Rey Carlos II, por su enorme contribución al desarrollo científico de Reino Unido.
En cuanto a que otros científicos han pasado por la Royal Society podemos destacar a Charles Darwin, Robert Boyle, Robert Hooke, Gottfried Leibniz, Benjamin Franklin,
Isaac Newton y Stephen Hawking.
Ahora pasaremos a hablar de los gases más importantes por su abundancia:
En este gráfico podemos observar que el gas más abundante es el Helio ya que ocupa un 95% del gas de la Vía Láctea.
¿Que es el flogisto?
La teoría del flogisto intentaba explicar la causa de que algunos elementos fueran combustibles y otros no. Su creador(George Ernst Stahl) supuso que el calor tenía dos formas: libre y en combinación. Este último recibió el nombre de flogisto(inflamable en griego) y es inherente a todos los cuerpos combustibles. De esta forma y según Stahl la combustión era el paso de fuego combinado a fuego libre, donde se puede apreciar por los sentidos y por ello toda sustancia susceptible a sufrir una combustión contiene flogisto. Pero esta teoría fue rebatida a finales del siglo XVIII, al demostrarse que se trataba de una reacción química.
Ahora pasaremos a hablar de uno de los elementos más conocidos de la tabla periódica, que es el hidrógeno. El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica y se trata de un gas incoloro, inodoro e insípido, compuesto de moléculas diatómicas.
El hidrógeno, como cualquier elemento, tiene muchas propiedades aunque sólo hablaremos de las básicas :
Tiene un peso molecular de 2.02 y una densidad de 0.071 g/l, es la sustancia más inflamable de todas las conocidas, puede volver quebradizo a el acero y reducir a su estado metálico a algunas sales como los cianuros de sodio y potasio. Reacciona con el oxígeno para formar agua y con el nitrógeno para formar amoníaco, puede producir hidruros al reaccionar con metales a temperaturas muy elevadas y puede reducir los óxidos de muchos metales.
Ahora pasaremos a hablar de la composición química del agua:
El agua es un compuesto químico inorgánico formado por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Esta sustancia se encuentra en la naturaleza en sus tres estados y es imprescindible para la vida de los seres vivos. El agua tiene un calor específico de un grado, una temperatura de ebullición de 100º y un punto de fusión de 0º.
El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor que hay que administrarle a esa sustancia para que su temperatura sea de 1º centígrado. Suele depender del valor de la temperatura inicial y se le representa con la letra c.
Otra de las leyes descubiertas por Henry Cavendish fue la Ley de Coulomb, que enuncia que “La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario.” Dicha ley es fácilmente visible en el siguiente diagrama:
Esta ley está presente en infinitos casos. Uno de los casos lo frecuentamos a diario cuando miramos a nuestra nevera: los imanes. Dicha ley la concluyó a partir de diversos experimentos con su balanza de torsión, que sería algo parecido a esto: 
Fue con éste instrumento con el que determinó las propiedades de las fuerzas electromagnéticas.
Dicha ley, si la analizamos, podremos observar que es relativamente similar a la Ley de Gravitación Universal.
La ley de la gravitación universal establece que la fuerza de atracción entre dos masas es directamente proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.Expresándolo matemáticamente: siendo G la constante de gravitación universal, m1 y m2 las masas de los cuerpos en cuestión y r la la distancia entre los centros de las masas. G vale 6,67·10-11 Nm2/kg2
¿Realmente se parecen entre si no? De todas formas, tienen sus diferencias.
¿Qué mejor manera visual que una tabla para expresar diferencias?
Comparación Ley de Coulomb y LGU
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Características
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Ley de Coulomb
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Ley de la Gravitación Universal
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Propiedad relacionada
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Carga
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Masa
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Dirección de la fuerza
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Atractiva o repulsiva, en la unión de dichas cargas
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Siempre atractiva, en la línea de unión de dichas masas.
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Dependencia
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Directa del producto de las cargas e inversa al cuadrado de la distancia
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Directa del producto de las cargas e inversa al cuadrado de la distancia
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Expresión matemática
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K en el vacío
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¿Depende?
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Del medio en el que se encuentre
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Es una constante universal
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El condensador eléctrico
Un condensador eléctrico es un dispositivo capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico.
Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total separadas por un material dieléctrico por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.
Quitando las tecnicidades de Wikipedia, nos quedamos con lo básico, que es capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico y que la variación de carga total es nula.
Como bien muestra el siguiente video, no es muy complicado realizar uno casero, lo complicado es hacerlo compacto y potente. Se necesitan un capacimetro, papel de aluminio y papel encerado. Recomendamos verlo:
El termómetro
El termómetro es un instrumento de medida de temperatura
Inicialmente, los termómetros se fabricaban con materiales con elevado coeficiente de dilatación, que va determinado por el calor específico. El funcionamiento era tan simple, que consistía en que dicho material era aplicado una temperatura, que lo dilataba, viéndose su expansión como aumento de temperatura, o su contracción como disminución.
Se mide pues dicha dilatación y se crea una escala en magnitud de temperatura.
Las escalas más usadas son:
-Celsius
-Fahrenheit
-Kelvin
-Réaumur
El centro de gravedad es el punto de aplicación de la resultante de todas las fuerzas que la gravedad ejerce sobre las distintas porciones materiales de un cuerpo. Esto significa que el centro de gravedad de un objeto es el punto en el que la resultante de las fuerzas gravitatorias que actúan sobre dicho cuerpo es cero.
Este concepto es complicado de entender y calcular. Esta imagen nos muestra los procedimientos que hay que llevar a cabo para calcularlo:
Como se puede ver, no es nada fácil.
En el ejercicio nos proponen repetir una experiencia que se muestra en esta web. Se basa en la colocación de cuatro bloques, cada uno sobre el otro, sobre una superficie, y ver en cuáles posiciones se mantendría la estructura y en cuáles se caería alguno.
Por problemas del formato de vídeo del móvil con el cuál se ha grabado la experiencia, no podremos mostrar el video correspondiente, pero sí podemos detallar información acerca de la experiencia.
Usamos cuatro libros, de tapa dura y mismo tamaño, y realizamos movimientos con ellos que considerábamos oportunos.
Una cosa que sorprende de la aplicación, es que si los tres bloques de más abajo están en perfecto equilibrio, se puede colocar el bloque de arriba justo en el borde del bloque de abajo, de esta manera.
En la fase de experimentación, no lo pudimos llevar a cabo.
Uno de los experimentos más notables de la vida científica de Henry Cavendish fue el de la medida de la constante G.
Para hallar una cifra tan remota como 6,67 · 10-11, era necesario una experimentación muy precisa, y era en este campo donde el científico inglés verdaderamente destacaba. Usó una balanza de torsión como la que vemos aquí abajo.
Constaba de una hilo de torsión que sujeta a una varilla horizontal la cual sujeta dos esferas de una cierta masa, m, en sus extremos. Con la balanza ya en su sitio, se colocan dos esferas de una masa mayor, M, al lado de cada una de las esferas de masa m. Entonces, sin aplicar ningún otro tipo de fuerza, las esferas de una masa más pequeñas son atraídas por las otras esferas. Entonces llega el momento de dar uso a un láser, que apuntando a un espejo cóncavo que debe situarse sobre la balanza, permite calcular el ángulo que se han desplazado las dos esferas sujetas por la balanza de torsión.
Entonces daría lugar el cálculo de unas complicadas fórmulas en las que se tendrían en cuenta el periodo de oscilación de la balanza, distancias entre el espejo y el haz de luz del láser… En fin, ya aspectos que ensombrecen un poco la belleza del experimento en sí.
Cabe destacar los medios en los que Cavendish realizó el experimento. En su época no existía el láser y realizar medidas del ángulo eran mucho más complicadas.
La razón de no poder medir donde estaba la balanza de torsión es porque él, al tener masa, también atraía a las bolas.
Henry Cavendish tuvo que tener mucho cuidado con los materiales que usaba durante el experimento. El uso de materiales como hierro o acero podría distorsionar los resultados del mismo, ya que actúan dentro del campo magnético de la Tierra.
La energía magnética es un fenómeno físico que consiste en la propiedad de algunos objetos de ejercer fuerza de atracción o repulsión sobre otros.
Existen ciertos materiales, como el cobalto y el níquel, que tienen una energía magnética muy potente, por lo que no serían nada recomendables para hacer el experimento.
