El experimento de Cavendish: cuando medimos por primera vez la gravedad de la Tierra.

A finales del siglo XVIII, mucho antes de que existieran los satélites, ordenadores o instrumentos digitales, un científico británico logró hacer algo sorprendente: medir la masa de la Tierra. Y lo hizo desde un pequeño laboratorio, utilizando bolas de plomo, alambres de torsión y una paciencia infinita. Ese logro es conocido como el experimento de Cavendish, y representa uno de los hitos más elegantes de la historia de la física.

Pero, ¿cómo pudo Henry Cavendish medir una fuerza tan débil como la gravedad entre dos masas? Para entenderlo, hay que remontarse a una época donde la ciencia comenzaba a consolidarse como método riguroso de observación del mundo.

¿Quién fue Henry Cavendish?.

Henry Cavendish (1731–1810) fue un científico británico excéntrico, reservado y enormemente brillante. A pesar de evitar la fama y el contacto social, contribuyó a numerosos campos del conocimiento, como la química, la electricidad y, por supuesto, la física.

El experimento de Cavendish, realizado en 1797–1798, se convirtió en su aportación más famosa. Aunque él no lo describió como una medición de la constante de gravitación universal, fue la primera vez que alguien calculó la densidad y la masa de la Tierra mediante un experimento controlado.

Puedes leer sobre su biografía en este enlace de Wikipedia.

El contexto: la gravedad según Newton.

En 1687, Isaac Newton había formulado su famosa ley de la gravitación universal, que decía que:

“Todos los cuerpos del universo se atraen entre sí con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.”

Sin embargo, aunque esta ley era conceptualmente revolucionaria, aún no se había medido experimentalmente la constante de gravitación (G) ni la masa de la Tierra. Para ello se necesitaba un experimento extremadamente sensible, capaz de detectar fuerzas muy pequeñas.

¿En qué consistió el experimento de Cavendish?.

El objetivo.

Medir la atracción gravitatoria entre masas conocidas para poder calcular la densidad (y por extensión, la masa) de la Tierra.

El dispositivo.

Cavendish utilizó un aparato conocido como balanza de torsión, diseñado originalmente por el científico John Michell. Estaba compuesto por:

• Una barra horizontal suspendida por un alambre muy fino.

• En los extremos de la barra, se colocaban dos esferas pequeñas de plomo.

• En el exterior, muy cerca, se ubicaban dos grandes esferas también de plomo.

Cuando las grandes esferas eran acercadas, ejercían una atracción gravitatoria sobre las pequeñas, haciendo girar ligeramente la barra. El giro producía una torsión en el alambre, que podía medirse con gran precisión.

La medición.

Midiendo el ángulo de torsión y conociendo la elasticidad del alambre, Cavendish pudo calcular la fuerza gravitatoria entre las masas. A partir de ahí, dedujo la constante de gravitación universal (G) y luego la densidad de la Tierra, que resultó ser aproximadamente 5,48 veces la del agua (muy cercano al valor aceptado hoy).

¿Por qué fue tan importante este experimento?.

El experimento de Cavendish marcó un antes y un después en la física experimental, por varias razones:

• Confirmó empíricamente la ley de la gravitación universal.

• Permitió calcular por primera vez la masa de la Tierra sin salir de un laboratorio.

• Mostró que era posible medir fuerzas extremadamente débiles con herramientas mecánicas.

• Sentó las bases para desarrollar mediciones más complejas en física, geodesia y astronomía.

Este tipo de mediciones fueron cruciales, por ejemplo, para calcular órbitas de satélites, estimar masas planetarias y entender la estructura interna del planeta.

Limitaciones y precisión.

Aunque sorprendentemente preciso para su época, el experimento de Cavendish no estaba exento de limitaciones:

• Las vibraciones externas y corrientes de aire podían alterar las mediciones.

• La sensibilidad del alambre de torsión requería esperar horas para estabilizarse.

• Cavendish nunca publicó una fórmula para G, sino que se centró en la densidad de la Tierra.

Aun así, el valor que obtuvo para la densidad terrestre fue solo un 1% diferente del valor actual, lo cual es extraordinario considerando la tecnología disponible en 1798.

Impacto posterior en la ciencia.

El experimento de Cavendish fue replicado y refinado muchas veces en los siglos siguientes. Hasta hoy, sigue siendo uno de los pocos métodos capaces de medir directamente la constante gravitacional.

Además, inspiró a generaciones de científicos que vieron en él un ejemplo de elegancia, precisión y creatividad experimental.

Curiosidades sobre el experimento.

• Cavendish realizó sus experimentos en secreto, y fue otro científico, Francis Baily, quien más tarde popularizó sus resultados.

• El dispositivo original todavía se conserva en el laboratorio del University College London.

• El término «medir la masa de la Tierra» se usó por primera vez décadas después; Cavendish hablaba de “pesar el mundo”.

❓Preguntas frecuentes.

¿Qué logró el experimento de Cavendish?.
Medir la fuerza gravitatoria entre masas y, con ello, estimar la densidad y masa de la Tierra.

¿Cómo funciona la balanza de torsión?.
Detecta pequeñas fuerzas midiendo la torsión de un alambre al que se fija una barra con masas.

¿Por qué fue tan revolucionario este experimento?.
Porque permitió medir una de las constantes fundamentales de la naturaleza usando medios mecánicos simples pero ingeniosos.

¿Dónde se puede ver el experimento hoy?.
Hay réplicas en museos como el Science Museum de Londres o el Museo de Historia Natural de Viena.