Constant de gravitació
Col·laboració de Maria Sosa per al capítol Constants universals
La primera formalització matemàtica de la gravetat va ser realitzada per Galileu Galilei (1564-1642), qui va determinar que tots els objectes, independentment de la seva massa, cauen amb la mateixa velocitat (en absència de forces de fricció com l’aire).
Els resultats de Galileu, malgrat tot, eren purament experimentals. No va proporcionar cap explicació sobre com actuava la gravetat, ni cap base matemàtica general per a les seves teories.
El següent avanç fonamental en l’estudi de la gravetat va ser realitzat per Isaac Newton (1642-1727), que més que interessat per la caiguda dels objectes, estava interessat en explicar les lleis del moviment planetari, que al començament del segle XVII havia descrit Johannes Kepler (1571-1630) d’una forma molt rigorosa però sense proporcionar cap explicació de per què el moviment planetari seguia aquestes lleis.
Va ser Newton qui va tractar de trobar una resposta a tot això. A causa del moviment circular i el·líptic que seguia la Lluna al voltant de la Terra, Newton va concloure que havia d’existir una força central que els mantingués fixos en aquesta òrbita tancada, ja que sense aquesta, el moviment seguiria una línia recta que els faria perdre’s en l’espai.
Per a descobrir de quina força es tractava, Newton va dur a terme el famós experiment de la poma, que, encara que no hi ha cap constància que succeís d’aquesta manera, va aconseguir provocar un canvi revolucionari al relacionar el moviment dels objectes que cauen sobre el terra amb el moviment de la Lluna i dels planetes en l’espai. I aquesta intuïció va ser el que ho va conduir a la seva llei de la gravitació universal.
Aquesta teoria determina la intensitat de la força d’atracció gravitatòria entre els cossos tenint en compte dues variants: la massa i la distància:
F = G · [(m1·m2) / r2]
On F és la força d’atracció de la gravetat, G és una constant de proporcionalitat, m1 i m2 són les dues masses que s’atreuen entre sí, i r és la distància entre elles.
En definitiva, el que explica la constant de gravitació universal de Newton és que tot el que té massa atreu a tots els cossos restants que tenen massa, amb una força que és proporcional a les masses dels objectes i inversament proporcional al quadrat de la distància que hi ha entre ells. I es considera universal perquè s’aplica a tota la massa de l’espai, ja sigui un planeta o un àtom.
D’aquesta manera Newton aconseguia explicar el motiu del moviment planetari. Tots els planetes del nostre sistema estan en orbita amb el Sol donada la gran força de gravetat que té ja que és l’element amb més massa que existeix en una distància considerable. I el mateix passa amb la Lluna: el satèl·lit està en contínua caiguda, però la gravetat de la Terra (el seu planeta més proper) l’atreu fent-la girar sobre ella mateixa. I si no existís la gravetat, la Lluna (i la resta de planetes) anirien a la deriva per l’espai seguint una trajectòria en línia recta perquè no hi hauria cap força que els ho impedís.
Però la constant G de la llei de Newton de la gravitació universal no es va mesurar amb precisió fins a un segle després de la seva època, ja que tota la teoria en la qual es basava Newton només van ser observacions i hipòtesis. Henry Cavendish (1731-1810) va ser el primer científic en fer-ho (encara que hi ha alguns que consideren que el no va tenir res que veure), per a això va utilitzar un dispositiu cridat balança de torsió.
Amb aquest experiment, va determinar un valor de G (6,74E10 – 11) que difereix de l’actual (6,67392E10 -11 m3 s-2 kg-1) en menys d’un 1%. Com podem veure és un valor molt petit, cosa que té sentit perquè l’atracció de la gravetat és una força molt petita. El petit valor de G permet entendre per que les forces de la gravetat només es perceben en objectes grans com en els planetes, i no en el cas d’altres petits com les persones.
Igualment, el valor que li hem atribuït a G, no és exacte, té un error del 0,0014% (a causa de la dificultat de precisió pel fet de ser una força tan feble). Es tracta d’una de les constants físiques que han estat determinades amb menor precisió. Això ocasiona dificultats a l’hora de mesurar amb precisió determinats valors com la massa dels diferents cossos del Sistema Solar.
La teoria desenvolupada per Newton ho va canviar tot. Des d’aleshores els científics estan convençuts que tot el que succeeix en l’espai pot explicar-se de forma matemàtica. Per això, el valor de G ha estat el tema d’un gran debat en anys recents, i els científics encara estan intentant determinar quin és el seu valor exacte.
Col·laboració de Maria Sosa per al capítol Constants universals