- IV de VIII -   

 

Experimentos

Cuando Cavendish empezó con su experimento para pesar el mundo, en el verano de 1797, contaba ya con 67 años. Lo que en general llamamos hoy “el experimento de Cavendish”, en realidad no fue un solo experimento sino diecisiete. Cavendish montó la balanza de torsión en un edificio situado en el jardín de su casa de Clapham Common, a unos 8 kilómetros del centro de Londres(12). El primer experimento lo llevó a cabo el 5 de agosto de 1797 y en unos pocos días, hasta el 23 de septiembre, realizó otros siete experimentos. Los nueve restantes fueron realizados 7 meses después, entre el 29 de abril y el 30 de mayo, aunque en los dos últimos no participó directamente sino que fueron realizados por su secretario George Gilpin, posiblemente con el objetivo de comprobar si se obtenían los mismos resultados al producirse un cambio en el experimentador.

La balanza de torsión que utilizó Cavendish fue cambiando a medida que estudiaba la conformación más adecuada. Así, en los tres primeros experimentos utilizó como cable de torsión uno de cobre plateado de un metro de largo con el que conseguía unos tiempos de vibración en torno a los 15 minutos. Después de estos tres experimentos decidió cambiar el cable porque el brazo de la balanza se desviaba demasiado y había peligro de que las bolas tocaran las paredes de la carcasa de madera. Para sujetar las pesas de plomo utilizó unas barras de hierro, aunque sospechaba que podían existir efectos magnéticos que desviarían algo el brazo de la balanza. Para comprobarlo observó la influencia que ejercían las barras de hierro sin las pesas de plomo y también las cambió por otras de cobre, si bien constató que la pequeña desviación se seguía produciendo aunque de una manera más irregular. Finalmente estimó que el error por utilizar barras de hierro no debía exceder en 1/30 del total de la desviación, considerándolo un error accidental.

Tras los tres primeros experimentos Cavendish manifiesta en el trabajo publicado que el instrumento es muy sensible y que muestra una precisión suficiente. No obstante, observó en las posiciones de reposo del brazo de la balanza una tendencia a ir aumentando o disminuyendo su valor a lo largo de un experimento. El aumento (o la disminución) dependía de la posición de las pesas a un lado u otro de las bolas. En la tabla del experimento XIII (figura nº 4 -ver-) analizada anteriormente podemos ver como la posición de reposo, una vez que las pesas son movidas a la posición positiva, empieza siendo de 23,32 y como va aumentando poco a poco hasta llegar a ser de 23,72 antes de volver a mover las pesas a la posición negativa. El efecto ahora será el contrario y podemos ver en la tabla como la nueva posición de equilibrio, que empieza siendo de 17,75, va decayendo poco a poco a lo largo del experimento hasta llegar a ser de 17,35 en la última medida.

La primera causa en la que pensó Cavendish fue la falta de elasticidad o en el hilo o en las sujeciones de este y, después de investigarlo, decidió cambiar el cable por otro más rígido. La mayor rigidez del nuevo cable se puede observar en las diferentes tablas de los experimentos pues en los tres primeros los tiempos de vibración están en torno a los 15 minutos mientras que en los restantes dichos tiempos rondan los 6 minutos. Con el nuevo hilo observó que se seguía produciendo el efecto de variación de la posición de reposo a lo largo del experimento, por lo que decidió investigar si el efecto pudiera ser debido al magnetismo terrestre. Orientó el brazo de la balanza según los puntos cardinales y llegó a la conclusión de que el magnetismo terrestre no era el responsable del efecto.

Decidido a seguir indagando sobre la causa de la tendencia del brazo a ir variando poco a poco y en un sentido concreto la posición del punto de reposo a lo largo de un experimento, lo siguiente que investigó fue si el efecto se debía a una diferencia de temperatura entre las pesas y la caja del instrumento pues podría producirse, debido a esta diferencia de temperatura, una corriente de aire que acercara más de la cuenta las bolas a las pesas. Entonces, Cavendish describe que calentó las pesas con una lámpara y que colocó un termómetro en la parte exterior de la caja de madera. También horadó una de las pesas e introdujo un termómetro en el agujero para poder comparar así la temperatura de las pesas con la temperatura del aire. Los termómetros estaban colocados de manera que pudieran ser vistos por el telescopio de observación. Las tablas de los experimentos VI, VII y VIII, realizados en septiembre de 1797, incluyen las lecturas de temperatura del aire y de las pesas. Cavendish concluye que la desviación del brazo debido a las corrientes de aire oscila entre dos y cinco décimas de división para unas diferencias de temperatura de 0,2 a 0,4 ºC entre las pesas y el aire.

El resto de experimentos publicados ya no registran la temperatura de las pesas y del aire aunque, por lo que describe Cavendish en su artículo, siguió investigando el efecto de la temperatura. Así, explica que era necesario calentar o enfriar mucho más las pesas para investigar si el efecto aumenta o disminuye respecto a lo observado cuando la diferencia de temperatura es la registrada en las experiencias VI a VII (0,2 - 0,4 ºC). Para conseguir una mayor diferencia de temperatura entre las pesas y el aire dejó unas lámparas cerca de las pesas para que se calentaran durante una noche, logrando que las pesas tuvieran una temperatura hasta 3,3 ºC superior a la del aire en el momento de experimentar. También explica que para conseguir que las pesas estuvieran más frías que el aire las dejó con hielo logrando enfriarlas por debajo de la temperatura del aire hasta en 4,4 ºC en el momento de comenzar el experimento. Observó así que el efecto de las corrientes de aire es más pronunciado al ser mayor la diferencia de temperatura siendo además dicho efecto inverso si son las pesas las que están más calientes que el aire o viceversa. Concluye pues Cavendish que ha demostrado que el efecto de la variación tendente de la posición de equilibrio durante una observación se debe a las corrientes de aire creadas por la diferencia de temperatura entre las pesas y el instrumento. Basándose en los experimentos VI a VIII dice que el efecto es pequeño cuando las diferencias de temperatura son pequeñas y que dicho efecto aumenta mucho si la temperatura de las pesas es muy diferente a la temperatura del aire.

Esta investigación del efecto de la diferencia de temperatura entre pesas y el aire no es mostrada en forma de tablas de resultados de experimentos realizados (excepto los número VI a VIII) sino que simplemente es narrada. Cavendish describe la forma como llevó a cabo la investigación y las conclusiones que saca de la misma. También sabemos, porque así lo cuenta, que estas experiencias se realizaron el 17 de octubre de 1797 y el 22 y 24 de mayo de 1798. Si los experimentos IX a XII se realizaron entre el 29 de abril y el 9 de mayo, y el experimento XIII se realizó el 25 de mayo, podemos concluir que mientras Cavendish realizaba experimentos encaminados a formar parte del grueso de experimentos utilizados para determinar la densidad de la Tierra, también investigaba el efecto de la temperatura en el movimiento del brazo.
 

 

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