lunes, 6 de abril de 2015

Cavendish: La constante de gravitación universal


Cavendish
Henry Cavendish fue un físico y químico británico que formó parte de la Royal Society en 1970. La Royal Society, también conocida como Real Sociedad de Londres para el Avance de la Ciencia Natural, es una de las sociedades más antiguas de Europa. Se fundó en 1660 pero años antes ya existía un grupo de científicos que se reunían de vez en cuando.
Era un lugar de reuniones semanales donde filósofos naturales y científicos de otras áreas llevaban a cabo una discusión sin hablar de divinidades, ni del estado, ni de la actualidad. Se limitaban a tratar temas como la Nueva Filosofía, otras materias(Medicina, Anatomía, Geometría, Navegación, Estática, Mecánica...) y experimentos.



Su principal objetivo consistía en inspirar a la gente para que viese las maravillas del mundo que les rodea, además de la ilustración y del progreso que la ciencia pueda ofrecer. 
Varios científicos famosos estuvieron involucrados en su fundación o han participado en su historia son: Charles Darwin, Robert Boyle, John Evelyn, Robert Hooke, William Petty, Gottfried Leibniz, Benjamin Franklin, John Wallis, John Wilkins, Thomas Willis.



Cavendish midió la composición química del aire. En el siguiente diagrama de sectores podemos ver los gases que contiene:




El flogisto es una sustancia hipotética que representa la inflamabilidad. Es una teoría científica que dice que toda sustancia susceptible de sufrir combustión, contiene flogisto y el proceso de combustión consiste básicamente en la pérdida de dicha sustancia. Así, el creador del flogisto pensó que el calor se presentaba de dos formas: libre y en combinación. Y este último, que denominó flogisto, es inherente a todos los cuerpos combustibles. De ese modo, la combustión era el paso de esta forma de fuego combinado a la forma libre. Pero esto fue después conocido como una reacción química.
Esta teoría fue revocada por sencillos experimentos de los cuales destacaron los de Cavendish y Priestley y fue postulada a finales del siglo XVII por los químicos alemanes Johann Becher y Georg Stahl.

El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica. En condiciones normales es un gas incoloro, inodoro e insípido, compuesto de moléculas diatómicas (H2). El átomo de hidrógeno, símbolo H, consta de un núcleo de unidad de carga positiva y un solo electrón. Tiene número atómico 1 y peso atómico de 1.00797. Es uno de los constituyentes principales del agua y de toda la materia orgánica, y está distribuido de manera amplia no sólo en la Tierra sino en todo el universo.

H2O: El agua está formada por dos átomos de hidrógeno (H) y un átomo de oxígeno (O) unidos mediante sendos enlaces covalentes, de manera que la molécula tiene una forma triangular plana. 





Calor específico

El calor es energía que se transfiere, que pasa de un cuerpo a otro como consecuencia de una diferencia de temperatura. O dicho de otro modo: el calor es energía en tránsito.
El calor específico se define como la cantidad de energía que intercambia un kilogramo de una determinada sustancia cuando se modifica en un kelvin su temperatura. Su unidad en el SI es J/kg K. (la variación de temperatura depende de la masa del cuerpo).
Cuanto mayor es el calor específico de una sustancia más energía necesita para producir un determinado incremento de temperatura y más energía desprende cuando se enfría en esa misma proporción. Por último, cuanto mayor sea la energía transferida más rápidamente varía la temperatura.
De aquí se deduce que la cantidad de energía transferida por medio de calor se puede calcular mediante:
Q= m c (T2 – T1
Donde Q es la energía transferida en julios, m es la masa expresada en kg, c es el calor específico expresado en J/kg K, T2 es la temperatura más alta y T1, la más baja.


De acuerdo con el principio de conservación de la energía, la energía transferida por medio de calor de un cuerpo caliente a otro frío debe conservarse; es decir, la energía que cede el cuerpo que está a mayor temperatura debe ser igual a la que gana el cuerpo frío.
Qcedido= Qabsorbido

Cuando se mezclan dos sustancias a distinta temperatura, una caliente de masa m1, calor específico c1 y temperatura T1, y otra fría de masa m2, calor específico c2, y temperatura T2, al poco tiempo la mezcla alcanza la misma temperatura final Tf. De la ecuación anterior se deduce:
mc(T1-Tf) = m2 c2 (Tf-T2)

Ley de Coulomb

La ley de Coulomb establece que la fuerza de interacción electrostática es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.Siendo así, la constante de proporcionalidad dependiente del medio en el cual se encuentren las cargas.En el vacío K=9·10^9 (N·m^2)/C^2.
De acuerdo con esta ley, si las cargas son aumentadas, las fuerzas aumentan en proporción y lo mismo pasa a la inversa, es decir, si se reducen las cargas, la fuerza reduce proporcionalmente.
En cambio,si la distancia entre ellas aumenta, la fuerza se verá reducida proporcionalmente y lo mismo a la inversa: F=K(Q·q)/d^2

Parecidos entre la Ley de Gravitación Universal y Ley de Coulomb:

Ambas leyes establecen las mismas razones de proporcionalidad (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) sin embargo se diferencian en tres aspectos que son los siguientes:

-La ley de la gravitación se aplica a masas y la Ley de Coulomb se aplica a cargas eléctricas

-En el caso de la gravedad,las masas son ambas positivas por lo que la fuerza de atracción es siempre positiva mientras que las cargas eléctricas pueden ser tanto positivas (de atracción) como negativas (repulsivas)

-La magnitud G (6,67·10^-11) es mucho más inferior que la constante K, lo cual lleva a la conclusión de que la fuerza gravitatoria es mucho menos intensa que la eléctrica.


Condensador eléctrico:


Un condensador eléctrico es un dispositivo que no necesita una fuente energía para funcionar dado que su principal función es almacenar energía (como una batería).Es usado sobretodo en electricidad y electrónica.
Para construir uno de forma casera habría que coger un recipiente que no fuese metálico, por ejemplo una botella de plástico y lo llenamos con agua tibia con sal (tibia para que se disuelva la sal).Después, envolveríamos la botella en este caso con papel de aluminio  y colocaríamos un objeto ahora si metálico dentro del recipiente en el centro dado que no puede entrar en contacto con el papel de aluminio.Y por último, con ayuda de dos cables conectamos esa pieza metálica a las terminales de una batería común y ya tendríamos nuestro condensador casero.



Termómetro:

Un termómetro es un aparato que sirve para medir temperaturas.
El termómetro funciona respetando la dilatación térmica del metal. Algunos metales se dilatan cuando son expuestos al calor, y el mercurio (Hg) es muy sensible a la temperatura del ambiente. Por ello, los termómetros están generalmente fabricados con mercurio, pues éste se dilata cuando está sujeto al calor y ello nos permite medir su dilatación en una escala.
Cuando el mercurio en el interior del termómetro recibe calor, éste experimenta una dilatación que hace que recorra el tubo del termómetro en el que está contenido. Así, cuando el mercurio atraviesa la escala numérica, podemos medir la temperatura, ya sea la del organismo o de cualquier otra cosa que estemos midiendo.Hay cuatro tipos de escalas térmicas aunque una está en desuso. 
La más común es la centígrada llamada Celsius desde 1948 por Anders Celsius. En esta escala los 0º C corresponde con el punto de congelación y los 100ºC al punto de ebullición, ambos a 1 atmósfera.
Otra escala es la Fahrenheit la cual es la unidad de temperatura en el sistema anglosajón utilizado mayoritariamente en Estados Unidos. Su relación con la escala celsius es: °F = °C × 9/5 + 32 
La escala Kelvin o temperatura absoluta es la escala de temperatura en el Sistema Internacional de Unidades. La magnitud de un grado Kelvin coincide con la de un grado Celsius pero lo que equivale a 0 K es -273,15ºC.
Su relación por tanto es :  TK = °C + 273,15
Por último, la que ahora está en desuso es la Réaumur y su relación con la Celsius es:
°R = °C × 4/5

 

Centro de gravedad:

El centro de gravedad es un punto que puede ser interior o exterior del cuerpo que se considere. Es un punto en el que se encuentran aplicadas las fuerzas gravitatorias de un objeto, es decir, es el punto en el que actúa el peso. Siempre que la aceleración de la gravedad sea constante, el centro de gravedad se encuentra en el mismo punto que el centro de masas.
Esto quiere decir que:
"El centro de gravedad es el punto de aplicación resultante de todas las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas porciones materiales de un cuerpo, de tal forma que el momento respecto a cualquier punto de esta resultante aplicada en el centro de gravedad es el mismo que el producido por los pesos de todas las masas materiales que constituyen dicho cuerpo."
En las personas también existe y lo podemos ver en este ejemplo:

















Experimento de Cavendish:

El aparato de Cavendish se compone de dos esferas, cada una de una masa "m" que están fijas a una barra horizontal suspendida por un alambre metálico delgado.Cuando dos esferas grandes de masa "M" se colocan cerca de las pequeñas, la fuerza de atracción entre las grandes y pequeñas hace que la barra gire y tuerza el alambre metálico en una nueva orientación. 
Se mide el ángulo al cual gira la barra por medio de la desviación de un haz de luz que se refleja en un espejo unido al alambre de suspensión.
esto demuestra el valor de G además de demostrar que la fuerza es atractiva, proporcional al producto m*M e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los centros de masas de las esferas.



Él no podía estar en la misma habitación mientras hacía el experimento ya que cualquier pequeño detalle como aire o ruido podría afectar al experimento y no salir como era esperado.Otro factor a tener en cuenta es que él, al tener masa, podría afectar mediante atracción al experimento también. 

Para este experimento Cavendish tuvo que tener en cuenta el magnetismo.
El magnetismo es un fenómeno físico por el cual los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Algunos materiales destacados por tener propiedades magnéticas son el hierro, cobalto y níquel y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Estos elementos no los podría utilizar para llevarlo a cabo el experimento, pues no saldría bien.


Resultado de imagen de hierro
Hierro
Resultado de imagen de cobalto mineral
Cobalto
Níquel




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