CAVENDISH: LA CONSTANTE DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL

1. En el capítulo se menciona que Cavendish entró a formar parte de la Royal Society en 1760. Newton y Hooke, entre otros ilustres científicos, también formaban parte de ella. Describe brevemente qué es la Royal Society, cuáles son sus principales objetivos, cuáles han sido sus logros más importantes a lo largo de la historia y qué otros ilustres científicos han formado parte de ella.

La royal Society (en español la Real Sociedad de Londres o Real Sociedad de Londres para el Avance de la Ciencia Natural)  es la más antigua sociedad científica del Reino Unido y una de las más antiguas de Europa. Aunque se suele considerar el año 1660 como el de su fundación, años antes ya existía un grupo de científicos que se reunía con cierta periodicidad. Mantiene estrechas relaciones con la Academia Real Irlandesa fundada en 1782. A pesar de ser una institución privada e independiente hace las veces de Academia Nacional de Ciencias en Reino Unido y es miembro del Consejo Científico Británico, formado en 2000.
Desde 1645 tenían lugar reuniones semanales en Londres de filósofos naturales y científicos de otras áreas del conocimiento, en particular de lo que por aquel entonces se denominaba “Filosofía Experimental.
Ya desde sus inicios el grupo tenía sus normas de funcionamiento, se reunía una vez por semana y para evitar que se desviara la discusión de su propósito original estaba prohibido hablar de la divinidad, asuntos de estado o actualidad, limitándose los temas a tratar a la Nueva Filosofía y materias relacionadas —Medicina, Anatomía, Geometría, Navegación, Estática, Mecánica, etc.— y los experimentos.
Durante la segunda guerra civil ingles parte del grupo se trasladó a Oxford. Tras la restauración monárquica, las reuniones se reanudaron en Londres uniéndose a ellas el grupo que había permanecido en Oxford.
La primera reunión tuvo lugar el 28 de noviembre. Tras una lectura a cargo de Wren, los asistentes decidieron fundar una Sociedad para la promoción del Saber Experimental Físico-Matemático, reunirse una vez por semana (los miércoles), establecer una cuota de ingreso de 10 chelines y una cuota semanal de un chelín para sufragar los experimentos, y eligiendo a Wilkins como presidente. El 12 de diciembre se fijó el número de miembros en 55 miembros.
A esta sociedad pertenecieron grandes pensadores y científicos de la época como Darwin, Boyle, Robert Hooke, Isaac Newton (el cual llegó a ser presidente), Benjamin Franklin, …; entre otros.
Dar una lista de los mayores experimentos de esta gran sociedad es muy difícil ya que la componían una gran cantidad de personas que a lo largo de la historia realizaron grandes experimentos que llevaron al descubrimiento de nuevos datos que fueron trascendentales para futuras investigaciones. Pero, tras consultar varias páginas, descubrí que la gran mayoría de ellas coinciden en que el descubrimiento de Newton sobre el color inherente de la luz era uno de los más destacables. Otro experimento que también destacó mucho fueron las grandes teorías darwinistas del mismo Darwin.


2.De acuerdo con el libro, Cavendish midió la composición química del aire. Realiza un diagrama de sectores con una hoja de cálculo que incluya los gases más importantes por su abundancia y compara tus resultados con los que muestra el libro. Investiga qué es el flogisto y por qué cayó en desuso.


                                                    COMPOSICIÓN DE AIRE

79%-------- Nitrógeno
21%--------- O2
0,7% --------- Vapor de Agua
0,35% --------- CO2
0,9% --------- Otros gases




El flogisto es una sustancia supuestamente presente en todas las sustancias combustibles. Ya no se usa ya que se conocen todos los secretos que llevan a cabo una combustión y se ha demostrado la imposibilidad química de esta sustancia.

3. Cavendish realizó importantes descubrimientos de Química. Investiga sobre las propiedades del Hidrógeno y sobre la composición química del agua.

El hidrógeno es un elemento gaseoso en su forma natural. Tiene aspecto incoloro y pertenece al grupo de los no metales (más específicamente de los gases nobles.) Su número atómico es 1 y su símbolo es H. Su punto de fusión es 14K y el de ebullición 20K. Una de las propiedades básicas de este elemento es que, al igual que todos los gases, es un mal conductor de calor y electricidad. El hidrógeno, al igual que los demás elementos no metales, no tiene lustre(también conocido como brillo). Debido a su fragilidad, los no metales como el hidrógeno, no se pueden aplanar para formar láminas ni estirados para convertirse en hilos.

La molécula de agua se compone de dos elementos el Hidrógeno y el oxígeno. Para formar una molécula de agua es necesario que se unan 2 moléculas de hidrógeno con una de oxígeno mediante un enlace metálico.

4. ¿Qué es el calor específico de una sustancia?
El calor específico es una magnitud utilizada para expresar la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de un cuerpo en un un grado (Celsius o Kelvin).



5. Cavendish también fue un adelantado a su tiempo. Aunque no entró en la historia por su descubrimiento, ¿qué es la Ley de Coulomb? Realiza una comparativa, señalando las analogías y diferencias que encuentras entre esta esta ley y la Ley de Gravitación Universal (recuerda la actividad Explicación matemática de la LGU)

Esta es la fórmula de la ley de couloumb:


Esta ley servía para hayar características de las fuerzas eléctricas y se puede expresar de la siguiente manera: "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"
Esta ley presenta varias similitudes con respecto a la Ley de Gravitación Universal ideada por Newton. Una de las similitudes más evidente es que ambas son fuerzas aunque en la práctica se refieran a diferentes tipos de fuerza. Una es la atracción entre los cuerpos y la otra a la fuerza entre diferentes tipos de cargas eléctricas. Ambas tienen una constante, una conocida como G y la otra como K. Otra similitud es que ambas tienen en cuenta la distancia a la que se encuentran los dos objetos entre los cuales esta ocurriendo la fuerza. Una diferencia es que en la ley de Coulomb se tiene en cuenta el tipo de carga (si son ambas positivas se repelen, si una es positiva y otra negativa se atraen,...); mientras que en la Ley de Gravitación Universal no, da igual que tipo de elemento esté sufriendo esta atracción (ya sea líquido, sólido o gaseoso)

6.¿Qué es un condensador eléctrico? ¿Serías capaz de fabricar uno con material casero?
Un condensador eléctrico es un dispositivo capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra, separadas por un material dieléctrico o por un espacio. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, compensando la carga.


7. Cavendish inventó un termómetro que funcionaba sin mercurio, pero, ¿cómo funciona un termómetro? ¿Qué tipos de escalas térmicas existen? Lee las páginas 163-165 de tu libro de texto. Además es interesante que tanto para esta cuestión como para la cuetión 4, sigas este recurso.

Los termómetros antes, como hasta hace unos 10-15 años, estaban hechos de mercurio. El mercurio, era muy sensible a los cambios de temperatura por lo que, cuando te lo ponías para que midiera tu temperatura, el mercurio se dilataba o se contraía dependiendo de si temperatura era mayor o menor respectivamente.Hay tres escalas térmicas diferentes:

Grados centígrados: también llamada grados celsius (ºC), es una escala centígrada cuya intensidad calórica corresponde a la a la centésima parte entre el punto de fusión del agua y el punto de su ebullición en la escala que fija el valor de cero grados para el punto de fusión y el de cien para el punto de ebullición. Su nombre está en honor a su descubirdor Ander Celsius.
Grados fahrenheit: en esta escala se establece como estados de fusión y ebullición del agua 32º F y 212º F, respectivamente. Su descubridor fue Daniel Gabriel Fahrenheit. Su conversión a grados centígrados es : C = 5/9F F=9/5C
Grados Kelvin: se basa en usar como cero  el cero absoluto, que es la mínima temperatura teórica que se puede conseguir. Fue creada por William Thomson (Lord Kelvin) y es la utilizada en el SI. Su conversión es: K=C+273 y C=K-273

8.Entramos en las cuestiones relacionadas con el experimento en cuestión: ¿Qué es el centro de gravedad de un cuerpo? Prueba la siguiente experiencia. Diseña tu propia experiencia
El centro de gravedad es el punto donde se situa la resultante de todas las fuerzas de gravedad, e indica el punto sobre el que se apoya la resultantes de las fuerzas Es el punto en el que la fuerza que la gravedad ejerce sobre todos los puntos de un cuerpo es nulo, por lo que ese punto supone un equilibrio máximo. La experiencia que he llevado a cabo tenía como objetivo ver el equilibrio que se producía al encontrar el centro de gravedad en este caso de una raqueta de tenis. Esta experiencia es simple pero eficaz, ya que lo único que se necesita es una raqueta y un equilibrio mínimo. El objetivo es dejar el mayor tiempo posible a la raqueta en completo equilibrio con la única ayuda de un dedo. Es posible que haya que desplazarse durante la práctica, ya que el menor movimiento produce un cambio en el centro de gravedades de la raqueta, y habrá que mover la mano hasta volver a encontrarlo. Debido a mis movimientos y pese a lo estipulado he decidido optar por la fotografía antes que por la grabación, ya que mi continuo movimiento en busca del punto de gravedad impedía percibir de manera adecuada lo realmente interesante. En la fotografía se puede ver que el resultado de hallar dicho punto, un equilibrio perfecto

9. Llegamos al plato fuerte del capítulo: el experimento de Cavendish (aquí podéis realizarlo virtualmente). Lo ideal sería diseñar vuestra propia experiencia, pero se trata de una tarea bastante ardua (el autor cita un interesante artículo de la revista Investigación y Ciencia al respecto), por lo que nos conformamos con que hagáis una descripción del experimento y contestas a la pregunta: ¿por qué Cavendish no podía medir desde la sala dónde se encontraba la balanza de torsión?

El experimento de Cavendish fue el primero que permitió medir la constante de gravitación universal, usado en la Ley de Gravitación Universal de Newton como G.



Para calcular esta G, Henry Cavendish utilizó una balanza de torsión que colocó en su sótano. Pero algo que hay que tener en cuenta es que esta balanza no fue ideada por el propio Cavendish sino por otro científico anterior. Este se llamaba John Michell y quiso también calcular esta constante pero murió antes de que pudiera hacerlo, en 1783. La balanza de torsión pasó de John Michell a Francis John Hyde y de este a Cavendish. Este tomó la idea de la balanza de torsión y la reconstruyó con el fin de calcular cual era el valor de G.

Como y he dicho ante la balanza de torsión estaba en el sótano por unas razones que comentaré más adelante. El instrumento construido por Cavendish consistía en una balanza de torsión con una vara horizontal de seis pies de largo que tenía dos esferas metálicas en los extremos. Esta vara se encontraba sujeta al techo por un largo hilo. Cerca de las esferas Cavendish dispuso dos esferas de plomo de unos 175 kg cuya acción gravitatoria debía atraer las masas de la balanza produciendo un pequeño giro sobre esta y midió la pequeña torsión de la balanza utilizando un telescopio.
A partir de las fuerzas de torsión en el hilo y las masas de las esferas Cavendish fue capaz de calcular el valor de la constante de gravitación universal. Dado que la fuerza de la gravedad de la Tierra sobre cualquier objeto en su superficie puede ser medida directamente, la medida de la constante de gravitación permitió determinar la masa de la Tierra por primera vez. Igualmente fue posible determinar las masas del Sol, la Luna y los diferentes cuerpos del Sistema Solar.

Ahora, ¿por qué lo colocó en el sótano? Esto se debe a que esta báscula es muy sensible y cualquiera pequeña perturbación puede hacer que no sea preciso el valor hallado. La ventaja del sótano es que no hay ventanas (y si hay son de mucho menor tamaño) y las paredes suelen ser de hormigón, haciendo que no haya brisas de aire y menos ruido que harían que se moviera la balanza. Además él tampoco podía estar presente debido a que su respiración o el ruido que pueda hacer podría también cambiar el resultado.



10. Para concluir el trabajo, investiga por qué no es buena idea utilizar materiales como el hierro o el acero para realizar el experimento. ¿Qué es el magnetismo? ¿qué otros materiales evitarías en caso de diseñar la experiencia?
El hierro y el acero son materiales que se atraen, por lo que si queremos medir la atracción gravitacional universal, estos materiales reducirán mucho la precisión del experimento

El magnetismo es el proceso por el que dos cuerpos o sistemas diferentes ejercen una fuerza de atracción o repulsión. Esto se produce cuando lo electrones de un cuerpo tienden a orientarse hacia una misma dirección, lo que crea una fuerza de taracción que depende del número de electrones que están igual orientados.

Evitaria materiales magnéticos, cuya orientación de electrones pueda producir una fuerza de atracción, como sin el níquel, el hierro, el cobre, el aluminio...

                                                     experimento de rutherford