Experiência de Cavendish

A Experiência de Cavendish, realizada em 1797–1798 por Henry Cavendish, teve como objetivo determinar o valor da densidade da Terra. Cavendish publicou os resultados de seu experimento no Philosophical Transactions of the Royal Society em 1798. O valor obtido por Cavendish para a densidade da Terra foi 5,448 ± 0,033 vezes a densidade da água.

Apesar da constante gravitacional (G) ser um conceito desconhecido na época de Cavendish, seu experimento permitiu determinar o valor de G com uma diferença menor que 1% do valor aceito atualmente. Por isso, alguns físico atribuem a Cavendish a primeira medição da constante gravitacional.

Foi a primeira experiência capaz de medir a força gravitacional entre massas no laboratório, e a primeira capaz de conseguir valores acurados para a constante gravitacional e para a massa da Terra. Porém, o objetivo de Cavendish era saber o valor da densidade da Terra, que foi o que Cavendish reportou. A experiência foi projetada pouco antes de 1783 por John Michell, que construiu uma balança de torção para isso. Porém, Michell morreu em 1793 sem completar seu trabalho, e após sua morte, o aparelhou foi passado para Francis John Hyde Wollaston e então para Henry Cavendish, que reconstruiu o aparelho mas manteve-se próximo do plano original, o de Michell. Cavendish então, fez várias medições com o equipamento, e em 1798 reportou seus resultados no periódico Philosophical Transactions da Royal Society.

Não é incomum encontrar livros que erroneamente descrevem o trabalho de Cavendish como uma medição da constante gravitacional (G) ou da massa da Terra, e esse erro foi apontado por vários autores. Na realidade, o objetivo de Cavendish era medir a densidade da Terra, e mais tarde outras pessoas usaram seus resultados para calcular G. A primeira vez que essa constante foi usada foi em 1873, quase 100 anos depois da experiência de Cavendish. Os resultados de Cavendish também possibilitam calcular a massa da Terra. Ajudando-o também a descobrir a força da gravitação universal.

O experimento

O dispositivo construído por Cavendish era uma balança de torção feita de um bastão de madeira com dois metros de comprimento (1,8 m) suspenso por um fio, e a cada extremidade foi colocada uma esfera de chumbo com um diâmetro de 2 polegadas (51 mm) e peso de £ 1,61 (0,73 kg). Próximo a cada esfera foram posicionados duas bolas de chumbo de 12 polegadas (300 mm) e 348 libras (158 kg), a uma distância cerca de 9 polegadas (230 mm), e prendido no lugar com um sistema de suspensão independente. O experimento permitiria medir a atração gravitacional fraca entre as esferas pequenas e as maiores.

Cavendish, constatou que a densidade da Terra foi 5,448 ± 0,033 vezes a da água (devido a um erro de aritmética simples, encontrados em 1821 por F. Baily, o valor errado 5,48 ± 0,038 aparece na publicação de Cavendish).

Balança de Torção

A balança de torção, inventada por John Michell, esteve presente em muitos dos maiores progressos da física, é um aparelho capaz de medir torques muito fracos. Permitiu à Cavendish e à Coulomb, por volta do século XVIII, medir a força exercida entre cargas elétricas, magnetismo e a gravitação.

Essa balança de torção possui duas barras horizontais. A primeira, fixa, sustenta nas suas extremidades duas grandes esferas metálicas, enquanto a outra, com duas pequenas esferas em cada ponta, é rotacionado sob efeito da força estudada. Conhecer o ângulo entre as duas barras permite medir a intensidade da força estuda.

Graças ao experimento de Cavendish, usando uma balança como essa, foi possível medir a massa da Terra.

Michael Faraday

Michael Faraday (Newington, Surrey, 22 de setembro de 1791 — Hampton Court, 25 de agosto de 1867) foi um físico e químico inglês. É considerado um doscientistas mais influentes de todos os tempos.1 As suas contribuições mais importantes e os seus trabalhos mais conhecidos tratam dos fenômenos daeletricidade, da eletroquímica e do magnetismo. Mas Faraday fez também diversas outras contribuições muito importantes na física e na química.2

Faraday foi principalmente um experimentalista, tendo sido descrito como o "melhor experimentalista na história da ciência",3 mesmo não conhecendo matemáticaavançada, como cálculo infinitesimal. Suas grandes contribuições para a ciência tiveram grande impacto sobre o entendimento do mundo natural. As descobertas de Faraday cobrem áreas significativas das modernas física e química, e a tecnologia desenvolvida baseada no seu trabalho está ainda mais presente4 . Suas descobertas em eletromagnetismo forneceram a base para os trabalhos de engenharia no fim do século XIX para que Edison, Siemens, Tesla e Westinghousetornassem possível a eletrificação das sociedades industrializadas. Seus trabalhos em eletroquímica são amplamente usados em química industrial

Na física, foi um dos primeiros a estudar as relações entre eletricidade e magnetismo. Em 1821, logo após Oersted descobrir que a eletricidade e o magnetismo eram associados entre si, Faraday publicou um trabalho que chamou de "rotação eletromagnética", elaborando os princípios de funcionamento do motor elétrico. Em 1831, Faraday descobriu a indução eletromagnética, o princípio por trás do gerador elétrico e do transformador elétrico. Suas ideias sobre os campos elétricos e os magnéticos, e a natureza dos campos em geral, inspiraram trabalhos posteriores fundamentais nessa área, como as equações de Maxwell. Seus estudos sobre campos eletromagnéticos são conceitos-chave da física atual.

Na química também teve grande importância. Descobriu o benzeno, produziu os primeiros cloretos de carbono conhecidos (C2Cl6 e C2Cl4)5 e ajudou a expandir os fundamentos da metalurgia e da metalografia. As suas experiências garantiram o sucesso na liquefação de gases nunca antes liquefeitos (dióxido de carbono ecloro entre outros). Isso tornou possível novos métodos de refrigeração cujos princípios continuam a ser utilizados nos modernos refrigeradores domésticos.

Talvez a sua maior contribuição tenha sido virtualmente fundar a eletroquímica. Faraday criou termos como eletrólito, ânodo, catodo, eletrodo, e íon.4

Em 1853 Faraday publicou os resultados dos seus estudos sobre as mesas girantes. Ele verificou experimentalmente que as mesas se moviam devido ao efeito ideomotor.6

James Clerk Maxwell

James Clerk Maxwell (Edimburgo, 13 de junho de 1831 — Cambridge, 5 de novembro de 1879) foi um físico ematemático britânico. É mais conhecido por ter dado forma final à teoria moderna do eletromagnetismo, que une aeletricidade, o magnetismo e a óptica. Esta é a teoria que surge das equações de Maxwell, assim chamadas em sua honra e porque foi o primeiro a escrevê-las juntando a lei de Ampère, modificada por Maxwell, a lei de Gauss, e a lei da indução de Faraday.1 Maxwell demonstrou que os campos eléctricos e magnéticos se propagam com avelocidade da luz. Ele apresentou uma teoria detalhada da luz como um efeito electromagnético, isto é, que a luz corresponde à propagação de ondas eléctricas e magnéticas, hipótese que tinha sido posta por Faraday. Foi demonstrado em 1864 que as forças elétricas e magnéticas tem a mesma natureza: uma força elétrica em determinado referencial pode tornar-se magnética se analisada noutro, e vice-versa. Ele também desenvolveu um trabalho importante em mecânica estatística, estudou a teoria cinética dos gases e descobriu a distribuição de Maxwell-Boltzmann. Seu trabalho em eletromagnetismo foi a base da relatividade restrita de Einstein e o seu trabalho em teoria cinética de gases fundamental ao desenvolvimento posterior da mecânica quântica.