martes, 22 de marzo de 2016

CAVENDISH

CAVENDISH:

La Royal Society es una academia londinense fundada por científicos prestigiosos en 1760. Su principal objetivo es propagar y difundir la investigación científica. A la Royal Society han pertenecido muchos científicos; los más famosos; 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, Thomas Bayes , Lewis Fry Richardson, Abraham de Moivre, Christiaan Huygens, Anton van Leeuwenhoek, Stephen Hawking y Richard Dawkins. Al ser una academia, la Royal Society no tiene logros en sí; pero los logros o descubrimientos que han realizado sus miembros.

Uno de los grandes descubrimientos que caracterizan a cavendish es la medición de la composición quiímica del aire que realizó.   Hoy en día sabemos que es la siguiente: 

NameChemical formulaPercentage composition by volume
Nitrogen
N2
78.1 %
Oxygen
O2
20.9 %
Argon
Ar
0.9 %
Carbon dioxide
CO2
0.03 %
Neon
Ne
0.002 %
Helium
He
0.0005 %
Methane
CH4
0.0002 %
Krypton
Kr
0.0001 %
Hydrogen
H2
0.00005 %
Xenon
Xe
0.000009 %
Esta, al representarla en un diagrama de sectores vemos que existen tres gases más abundantes y que los demás tienen muy poca relevancia. Son imperceptibles y ni siquiera se aprecian en el diagrama al tener un porcentaje en algunos casos muy inferior a la centésima parte. 


Cavendish ya se interesó por saber la composición del aire, este llegó a un resultado muy similar al de hoy en día. Sus datos eran los siguientes: 
El gas mayoritario, el que él denominaba flogistizado, que hoy corresponde al nitrógeno y el argon, representaba un 79,17% de la composición del aire y el resto, la parte desflogistizada, suponía un 20,833% . Estos datos son muy precisos teniendo en cuenta los instrumentos y conocimientos de aquella época. El diagrama de Cavendish en aquella época hubiese sido el siguiente: 
Este flogisto consiste en una sustancia invisible que existía en todas las cosas materiales y que explicaba su combustión. Es anterior al descubrimiento del oxígeno.
En la combustión el flogisto se separa del cuerpo en el que se encuentra en forma de llamas. Tras la combustión este deja dos residuos. La herrumbre y los gases llamados aire flogistizado.
Su creador, el médico y químico alemán Georg Ernst Stahl (1660-1734), suponía que el calor se presenta en dos formas: libre y en combinación. Éste último, que denominó flogisto -palabra que en griego significa inflamable-, es inherente a todos los cuerpos combustibles. De este modo, la combustión era, según Stahl, el paso de esta forma de fuego combinado a la forma libre. Las cenizas y escorias que quedan tras la combustión carecen de flogisto y, por consiguiente, son incapaces de volver a arder.
La falsedad de esta teoría fue demostrada por Lavoisier que hizo experimentos con plomo, azufre y estaño, y encontró que la masa del residuo de uno de estos cuerpos después de la calcinación era mayor que el cuerpo inicial, invalidando así
la teoría del flogisto. En efecto, el peso de flogisto habría sido negativo en el caso de los metales, lo que no tiene sentido.


  • Como estudioso de los elementos químicos, Cavendish también estudió algunas propiedades del hidrógeno son que es un gas incoloro, inodoro e insaboro. Además, es la molécula más pequeña conocida. Tiene una densidad de 76 Kg./m^3 excepto cuando se encuentra en estado gaseoso. Es un buen conductor del calor y posee un estado de oxidación de +1, -1. Su forma es cristalina hexagonal.
La composición química del agua es de 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxígeno, H2O. En porcentajes, obtenemos el 11% de hidrógenos y el 89% de oxígeno. Pero, para ser concretos, el agua que bebemos no es simplemente H2O, si no una disolución de H2O y otros compuestos.

Continuando con la química, Cavendish también estudió el calor específico de algunas sustancias. E calor específico de una sustancia es 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.

Por esto, cuanto mayor es el calor específico de una sustancia más energía necesita para producirla un determinado incremento de temperatura y más energía desprende cuando se enfría. En general, cuanto más elevado sea el calor específico, menos conductor será el material.

En el campo físico Cavendish también destacó notablemente. Estableció leyes como las de Coulomb o la de La Gravitación Universal. La Ley de Coulomb y la Ley de Gravitación Universal tienen muchos parecidos y diferencias:

Las principales diferencias son que La Ley de Coulomb se aprecia mejor con pequeños cuerpos, mientras que la de la Gravitación se obsera bien con grandes masas. La de Coulomb relaciona las cargas de dos cuerpos, mientras que la de la Gravitación; sus masas. Ambas constantes son diferentes siendo la de la Gravitación G=6,67·10^-11 y la de Coulomb K=9·10^9. Otra diferencia es que; como no hay masas negativas la gravedad siempre es atractiva mientras que; al haber cargas negativas; existe la fuerza eléctrica repulsiva. El único parecido que hemos encontrado es el de su definición. Que ambos indican (o bien relaccionando la masa o bien la carga) que la fuerza es proporcional al producto de sus (masas o cargas) e inversamente proporcional a la distancia al cuadrado.
Resultado de imagen de condensador electrico casero

Como bien sabemos todos, Cavendish le dió un valor a la constante de gravitación universal G. Para introducir la forma en la que lo hizo, es interesante conocer qué es un condensador eléctrico. Un condensador eléctrico es un instrumento capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico.
Este sería un condensador eléctrico casero; y lo podríamos fabricar tal y como viene detallado en el siguiente video:






A su vez, Cavendish no solo descubrió cosas si no que también las inventó. Uno de los inventos de Cavendish fue el de un termómetro que funcionaba sin mercurio. 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.Existen varias escalas térmicas además de la Celsius; la Fahrenheit, la Kelvin y la Réamur.




En cuanto a la fuerza gravitatoria, Cavendish dejó un gran estudio acerca de esta y es por la cual es históricamente reconocido. La fuerza de gravedad es aplicada desde los centros de los cuerpos. Este punto se conoce como centro de gravedad, el cual cada cuerpo posee. Los humanos tenemos situado este centro por la zona del ombligo. Este punto pese a desconocido por la mayoría de las personas, es muy importante dado que es el encargado del equilibrio de los cuerpos. Muy tomado en cuenta a la hora de realizar cualquier ejercicio acrobático o en la ingeniería en general. 
Tras probar la experiencia virtual del centro de masas, nos atrevemos a llevar a cabo nuestra propia experiencia acerca de los centros de masas de los cuerpos. En el siguiente vídeo se encuentran los resultados. 



En este primer vídeo se ve como en ausencia de una masa en alguno de los extremos, el centro de masa de la escoba se encuentra en el centro de esta, en cambio, si le añadimos un peso en uno de los extremos, el centro de masa se verá trasladado hacia una posición más cercana al extremo que soporta la masa. Tal y como podemos observar en el siguiente vídeo

Estas ideas y conceptos han sido sacados de este vídeo de YouTube, el cual nos parece bastante interesante y divertido.  


La constante de gravitación universal G  fue medida por Henry Cavendish haciendo uso de una balanza de torsión. El aparato se compone de dos esferas pequeñas de masa m , fijas a los extremos de una barra horizontal suspendida de un soporte por un alambre o fibra fina que permite la rotación de la misma. Cuando dos esferas más grandes de masa M se colocan próximas a las pequeñas, la fuerza de atracción entre ellas hace que la balanza vire y tuerza el alambre en suspensión a una nueva posición de equilibrio. El ángulo al cual gira la barra se mide por la desviación de un haz luminoso reflejado en un espejo sujetado al cable.

Dado que como se puede observar se trata de un sistema completamente delicado, al tratar de cuantificar unidades muy pequeñas, cualquier variación en el ambiente puede provocar una alteración drástica en los resultados, por ello, Cavendish, conocedor de este problema, realizó el experimento y luego salió de la sala donde se encontraba la balanza de torsión para tratar de alterar lo menos posible el resultado.

Para concluir y para futuros experimentos, debemos saber que este experimento no sería bueno realizarlo con materiales de hierro o acero debido al magnetismo. El magnetismo es un fenómeno físico por el cual los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Estos materiales que se atraen a causa de una energía magnética son conocidos como imanes. Todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por un campo magnético, pero en este caso, el hierro o el acero más que otros materiales.
Estos materiales de alto campo magnético interactúan con el campo magnético terrestre, es decir, como una brújula, y esto variaría el resultado final del experimento. 
En caso de que nosotros mismos tuviésemos que realizar la experiencia, evitaríamos usar materiales con un alto campo magnético como son el níquel, el cobalto o sus aleaciones. Por último, como dato curioso, un material que nos arruinaría el experimento sería el neodimio, el imán más potente del mundo.






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