domingo, 10 de abril de 2016

Actividad 5: Cavendish, la constante de gravitación universal

Como Henry Cavendish otros muchos científicos brillantes entraron a formar parte de la Royal Society, la cual es una academia científica independiente que pertenece a Reino Unido y a la ''Common Wealth'', los orígenes de esta sociedad se remontan hasta el 1660  en un 'colegio invisible' de filósofos naturales y físicos, la primera reunión siguió una lectura de Christopher Wren y junto a otros científicos relevantes , pronto la sociedad recibió el apoyo real y entonces desde 1663 se empezó a conocer como 'La Real Sociedad de Londres para el avance de la ciencia natural'. 

Esta sociedad tiene un lema en latín, 'Nullius in verba', (En palabras de nadie) se refiere a la necesidad de obtener evidencias empíricas para el avance del conocimiento en vez de recurrir al criterio de autoridad, usado por los escolásticos

Varios científicos famosos estuvieron involucrados en su fundación o han participado en su historia, entre a los que se destacan a Charles Darwin ,Robert Boyle ,John Evelyn ,Robert Hooke ,William Petty, Gottfried Leibniz ,Benjamin Franklin ,John Wallis ,John Wilkins ,Thomas Willis ,Sir Humphry Davy ,Sir Home Riggs Popham ,Sir Christopher Wren ,Sir Isaac Newton (demostró su teoría de la óptica ante los miembros de la sociedad y posteriormente se convirtió en presidente de ésta) ,Thomas Bayes (presentó su teorema por primera vez ante esta sociedad) ,Lewis Fry Richardson ,Abraham de Moivre ,Christiaan Huygens ,Anton van Leeuwenhoek ,Stephen Hawking y Richard Dawkins

Cavendish entre uno de sus muchos descubrimientos vamos a destacar ahora la medida de la composición química del aire, después de una cierta investigación hemos llegado a la conclusión de que el aire se compone de:


Name Fórmula química Porcentaje de composición por volumen
Nitrógeno N2 78.10%
Oxigeno O2 20.90%
Argon Ar 0.90%
Dióxido de Carbono CO2 0.03%
Neon Ne 0.00%
Helio He 0.00%
Methano CH4 0.00%
Krypton Kr 0.00%
Hydrogeno H2 0.00%
Xenon Xe 0.00%




Las medidas que obtuvo Cavendish son muy parecidas a las actuales, Cavendish simplemente cometió un error del menos del 1%, bueno y que consideraba que el aire se componía de 'aire flogistizado'  (hoy en día esto se conoce como  Nitrógeno y Argón) y 'aire desflogistizado' (Oxígeno).
Antes del descubrimiento del oxígeno, se pensaba que el aire estaba compuesto por el flogisto, que era sustancia invisible que supuestamente existía en todas las cosas materiales y que explicaba su combustión.
Cavendish además fue un excelente químico y entre sus descubrimientos más importantes se encuentran las propiedades del hidrógeno,  es un no metal lo que implica que como el resto de este grupo es que son malos conductores del calor y la electricidad. El hidrógeno, al igual que los demás elementos no metales, no tiene lustre. Debido a su fragilidad, los no metales como el hidrógeno, no se pueden aplanar para formar láminas ni estirados para convertirse en hilos.

El estado del hidrógeno en su forma natural es gaseoso. El hidrógeno es un elmento químico de aspecto incoloro y pertenece al grupo de los no metales. El número atómico del hidrógeno es 1. El símbolo químico del hidrógeno es H. El punto de fusión del hidrógeno es de 14,025 grados Kelvin o de -258,125 grados celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del hidrógeno es de 20,268 grados Kelvin o de -251,882 grados celsius o grados centígrados.
Se utiliza para : procesar combustibles fósiles ;producir amoníaco utilizado en los productos comunes de limpieza del hogar ;como un agente hidrogenante para producir metanol y convertir aceites y grasas no saturada insalubres en aceites y grasas saturadas ;se utiliza el punto triple del hidrógeno (la temperatura a la que los 3 estados, sólido, líquido y gaseoso están en equilibrio) puede utilizarse para calibrar algunos termómetros; el tritio, un isótopo radioactivo del hidrógeno, se produce en las reacciones nucleares ;se puede utilizar para fabricar bombas de hidrógeno y actúa como una fuente de radiación en pinturas luminosas ; se utiliza en plantas de fabricación de muchos para determinar si hay fugas ;también se utiliza para detectar fugas en los envases de alimentos ;como refrigerante rotor en generadores eléctricos ; también se usa en la producción de ácido clorhídrico, utilizado ampliamente en las industrias químicas ;El gas de hidrógeno se utiliza para reducir muchos minerales metálicos ;puede ser utilizado para crear agua.

Si el hidrógeno puede ser utilizado para la creación de agua, este formará parte de este compuesto necesario para la vida. El agua  es una sustancia líquida sin olor, color ni sabor que se encuentra en la naturaleza en estado más o menos puro formando ríos, lagos y mares, ocupa las tres cuartas partes del planeta Tierra y forma parte de los seres vivos; está constituida por hidrógeno y oxígeno ( H2 O ).

El calor específico de una sustancia 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 el J/kg K.

Cuanto mayor es el calor específico de una sustancia más energía necesita para producirle un determinado incremento de temperatura y más energía desprende cuando se enfría en esa misma proporción.

Cavendish realizó numerosos descubrimientos los cuales algunos no se le atribuyeron a él, como por ejemplo la Ley de Coulomb  que se expresa como : 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.

Como se puede apreciar por la forma en la que se expresa y por el diagrama se pueden ver ciertas similitudes con la Ley de Gravitación Universal (LGU),   que establece que , cualesquiera dos partículas en el espacio se ven atraídas entre sí por una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. 

Hemos encontrado ciertas similitudes y diferencias entre ambas leyes, LGU se refiere a la fuerza de atracción gravitatoria entre dos partículas cualesquiera , mientras que la Ley de Coulomb se refiere a a la atracción o repulsión electromagnética, ambas hablan sobre la capacidad de los cuerpos de atraerse (LGU y Ley de Coulomb) y repulsarse (solo Ley de Coulomb) por el mero hecho de tener masa o carga eléctrica y ambas dependen del inverso del cuadrado de la distancia. Si que es cierto que  la LGU es universal y se da en todas las partículas del universo y en todos los medios, mientras que la Ley de Coulomb cambia con el medio.

 Un condensador eléctrico es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, 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 (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío .
Se pordía hacer uno casero y de alto voltage, pero no tenemos todos los materiales necesarios, pero en cambio seria muy sencillo de fabricar, ya que solo se necesita :
  • 2 tiras de cinta adhesivo.
  • 2 tiras de papel de aluminio.
  • 1 tira de papel secante o en su defecto papel normal.
  • Crema de manos que contenga parafina.
  • 2 trozos de cable
Los termómetros, son inventos que sirven para medir la temperatura, el más clásico es el de mercurio o el que contiene un líquido en us interior, este tipo de termómetros funciona gracias a una propiedad de los líquidos: se dilatan al aumentar la temperatura y se contraen cuando disminuye. En concreto, tienen un pequeño depósito con el líquido, conectado a un tubo muy fino por el que se puede elevar la sustancia (normalmente un capilar). Cuando aumenta la temperatura, el líquido coloreado se dilata y sube por el interior del tubo. 

La temperatura se mide en diferentes escalas: Celsius , en la que se asigna el valor 0 a la temperatura de fusión del agua y el valor 100 a la temperatura de ebullición del agua, es decir que se basa en las temperaturas de ebullición y de fusión del agua ; Fahrenheit , que tiene dos estados de referencia diferentes a los anteriores, la temperatura media de una persona sana (100ºF) y la temperatura de una mezcla a partes iguales de hielo, agua y sal (0ºF) ; Kelvin, en esta escala se asigna el valor 0 a al temperatura más baja que teóricamente puede existir en nuestro universo, -273ºC, a esta temperatura la velocidad de las moléculas es nula, siendo esta escala la utilizada en el SI.

El centro de gravedad es el punto de aplicación de la 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 otras palabras, el centro de gravedad de un cuerpo es el punto respecto al cual las fuerzas que la gravedad ejerce sobre los diferentes puntos materiales que constituyen el cuerpo producen un momento resultante nulo.


video

El experimento consistía en una balanza de torsión con una vara horizontal de seis pies de longitud en cuyos extremos se encontraban dos esferas metálicas. Esta vara colgaba suspendida de 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. Para impedir perturbaciones causadas por corrientes de aire, Cavendish emplazó su balanza en una habitación a prueba de viento , en su sótano, y midió la pequeña torsión de la balanza utilizando un telescopio desde fuera de la habitación ya que si el estuviera dentro, su masa podría afectar al experimento.


Para la realización de este experimento no sería una buena idea utilizar materiales com el hierro o el acero, ya que podrían interactuar con el magnetismo de los polos terrestres o podría uno acabar inventando la brújula en vez de calcular la constante de gravitación universal.

El magnetismo es un fenómeno físico por el cual los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales.  Hay algunos materiales conocidos que muestran propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquelhierrocobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes.  Sin embargo todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.


Bibliografía:
https://royalsociety.org/about-us/history/
https://es.wikipedia.org/wiki/Royal_Society
http://elementos.org.es/hidrogeno
https://robertoceti.wordpress.com/2009/12/06/experimento-de-cavendish-y-aplicacion-gravitacional-movimiento-orbital/


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