Experiment de Cavendish
Col·laboració de David Collazo per al capítol Constants universals
Si bé en el marc de la llei de gravitació universal hem d’atorgar la majoria de mèrits a Newton, perquè va ser ell qui en va deduir la fórmula i la universalitat, aquesta troballa no tindria avui dia una veritable aplicació pràctica sense la intervenció de Henry Cavendish.
A les acaballes del segle XVIII Cavendish va aconseguir donar sentit a la fórmula establerta per Newton, determinant experimentalment el valor de la constant gravitatòria G. I no només això, sinó que a més a partir d’aquest resultat es va poder obtenir el valor de la massa de la Terra, dada indispensable per a les investigacions astronòmiques.
L’experiment de Cavendish, conegut com a Balança de Cavendish, va partir del concepte d’universalitat de la llei gravitacional, és a dir, de que un parell de masses sempre genera una força d’atracció sobre els dos cossos que segueix la fórmula: F = G · (m1 · m2) / d2.
Cavendish va penjar dues masses petites però molt denses (amb una massa considerable), separades per una barra, al sostre mitjançant un fil molt fi. De manera equidistant a cadascuna de les masses, Cavendish va col·locar dues masses més, de majors dimensions, cadascuna separada la mateixa distància “d” d’una de les masses petites. D’aquesta manera sabia que es generarien dues forces iguals que provocarien una determinada torsió en el fil que subjectava el conjunt barra/esferes.
Aquesta torsió seria, en principi, molt petita, ja que la força gravitacional, tot i ser universal, és bastant inapreciable fóra de les masses astronòmiques. A més, la força generada no trigaria en ser equiparada i per tant anul·lada per la força de tensió del fil que es genera per la seva pròpia torsió i en direcció oposada al moviment. Però precisament aquesta segona força ajudaria a Cavendish a triomfar amb el seu experiment.
Cavendish va afegir al sistema que penjava del sostre un petit mirall reflectant. A aquest hi va dirigir un feix de llum, de manera que es reflectís sobre una superfície circular que envoltava tot el conjunt. Mesurant la variació de posició del raig reflectit sobre la superfície circular podria conèixer els graus de torsió que ha provocat l’atracció gravitatòria entre les masses. Però el més important era que, analitzant el punt exacte d’equilibri, és a dir, quan la força de tensió del fil i la d’atracció de les masses, oposades entre elles, estiguessin en equilibri (i per tant el sistema restés sense moviment), es podrien igualar les dues forces. I per tant, coneixent la força de torsió del fil (utilitzant un material determinat), i totes les variables de la fórmula de la gravitació excepte la constant, es podria aïllar aquesta constant i deduir-ne el valor.
F.grav = F.torsió
G (m1 · m2) / d2 = X
G = X · d2 / (m1 · m2)
Com que es coneixia el valor de les masses, la distància que les separava, i es podia saber el valor de la força de torsió (ja que s’havien mesurat els graus de desviació del feix de llum en que s’aconseguia l’equilibri), es podia obtenir el valor de G. Cavendish va assignar, doncs, a G, un valor de 6’67 · 10-11 Nm2/Kg2.
Obtingut aquest valor, i coneixent la força de la gravetat generada per la terra (o l’acceleració que aquesta produïa sobre els cossos que cauen a la seva superfície), va ser immediat descobrir el valor de la massa de la Terra: 5’96 · 10E24 Kg.
Com podem observar, per que la Física i les ciències en general es desenvolupin i avancin calen dos tipus d’intel·ligència: una intel·ligència abstracta que et permeti, a partir de l’observació del teu entorn, ser capaç de deduir-ne un comportament regit per unes lleis que mantenen tot l’univers en equilibri; i també una intel·ligència pràctica que consolidi aquesta abstracció, portant-la a l’experimentació i concretant-la en dades precises que permetin la seva aplicació, que al cap i a la fi és el que converteix la física i la resta de ciències en quelcom útil per a la humanitat.
Col·laboració de David Collazo per al capítol Constants universals