Balanza de torsión
La balanza de torsión es un aparato básico que su función principal es realizar algunas mediciones de fuerza de atracción. Fue inventado por el famoso físico Charles Coulomb, en su incansable intento de demostrar las semejanzas entre las atracciones físicas.
En el año 1770, aproximadamente, un grupo de reconocidos físicos se asombraban por la semejanza entre la fuerza de gravedad y la fuerza eléctrica. Muchos intentos fueron llevados a cabo para crear una ley análoga para la comparación de ambas.
Sin embargo, un día, el ya mencionado Coulomb, decidió dar un paso al frente, creando el primer prototipo de la balanza de torsión. Cuando fue mostrada por primera vez al público (gremio de físicos), estos quedaron asombrados de la sencillez del aparato.
Simplemente se trata de una base que se halla colgando de un alambre de cobre. Por el otro extremo del alambre, se encuentra el empalme de este con el micrómetro de torsión.
Todo esto, se encuentra encapsulado o encerrado en un envase, para que no se vea perjudicado por las corrientes de aire.
¿Cómo era el primer prototipo de la balanza de torsión?
La primera versión de este tipo de balanzas, creada por Charles Coulomb, era mucho más básico. Se componía de un pequeño tubo horizontal equilibrado, que prende de un hilo. La función de este hilo era retraerse gracias a las cargas eléctricas.
En uno de los extremos del brazo horizontal se encuentra una bola, catalogada como “esfera B”. Esta era extremadamente liviana.
En la parte superior, como soporte, Coulomb utilizó un disco, que estaba graduado para que girara al compás del hilo.
Cuando se distribuía carga eléctrica a la esfera B y seguidamente se le acercaba otra bola por el otro extremo, se creaba el efecto buscado. Observar, de que forma, la barra horizontal, era atraída y repulsada por las cargas que contenían las esferas.
Debido a que la esfera B se encontraba inmóvil y la esfera A podía ser movilizada, la barra tendía a girar. Este giro era el que determinaría, cuantitativamente, que tan fuerte era la atracción o repulsión de las cargas eléctricas.
De esta forma, el brillante físico Coulomb, lograba demostrar al mundo la gran similitud que existe entre las fuerzas. En el experimento el empleo la fuerza de gravedad, que determinaba el peso de la barra y la fuerza eléctrica, impartida desde las esferas.
Proceso de carga de la balanza de torsión.
Teniendo en cuenta que en los objetos sólidos, las partículas que se trasladan de uno u otro cuerpo, son los electrones libres. En cuanto a los protones, estos se mantienen estáticos en los objetos o cuerpos.
Ahora bien, para lograr la electrización de uno de los cuerpos, lo que se necesita agregar o eliminar protones. ¿Cómo se logra esto? Sencillo, hay tres formas. Mediante la frotación, la inducción y el contacto.
Por frotación.
Al momento de realizar la frotación entre dos objetos o cuerpos sólidos, estos se cargan negativa y positivamente. Cual queda cargado positivamente y cual queda negativamente, va a depender directamente de los tipos de objetos que se froten.
Por ejemplo, las varillas de vidrio son sencillas de cargar con partículas positivas, siempre que se frote con una tela de seda. En cambio, las varillas hechas de plástico, se logran cargar negativamente, se forma fácil, con tela de lana.
Ahora bien, en términos generales, si lo que deseamos es administrar carga positiva a un cuerpo, lo que debemos hacer es realizar la frotación con otro objeto que logre restarle electrones.
Por otro lado, al frotar nuestro objeto cargado con protones, con uno lleno de electrones, este se cargará negativamente. Algunos físicos crean listas para administrar los cuerpos y las cargas que imparten en otros.
Por ejemplo, colocamos una varilla de vidrio en una balanza de torsión, una tela de seda y una tela de lana.
Al frotar la tela de lana con la de seda, esta última se cargará negativamente. Lo contrario ocurre si es la tela de seda la que se frota con la de lana.
En otro orden de ideas, para llegar a comprobar si un cuerpo está cargado positiva o negativamente, existen muchas formas. Una de estas es la observación mediante un electroscopio.
Este instrumento da la posibilidad de confirmar que ambos objetos cuentan con el mismo valor, pero confirma cual está cargado de menos electrones. Lo que quiere decir, que los valores de las cargar siguen siendo los mismos, solo que se han movido.
Por inducción.
Esta es otra forma de cargar objetos de forma negativa y positiva. Se lleva a cabo cuando se coloca un cuerpo determinado, en una balanza de torsión, con carga positiva, cerca de otro objeto, que se encuentra en estado neutro. Esto altera el equilibrio de las cargas a la hora de distribuirse.
Esto se debe a que los electrones del objeto neutro se dirigen todos hacia el lado del cuerpo con carga positiva. De esta forma, el segundo cuerpo (neutro), se encuentra con las cargas desequilibradas, teniendo un sector negativo y el otro positivo.
Ahora, si en ese momento, el segundo cuerpo se coloca en contacto con la Tierra, esta se encargará de distribuir electrones al cuerpo. Esto para lograr crear un equilibrio de cargas dentro del objeto.
Pero, si a partir de ese momento, se retira el segundo cuerpo del contacto con la Tierra y además se aleja del primer cuerpo, nos quedará cargado negativamente, gracias a los electrones que la Tierra distribuyó previamente.
De esta forma, se lleva a cabo un proceso de carga o de electrización por medio de la inducción electrostática. Cuando se distribuyen muchas cargas en un cuerpo, sean positivas o negativas, se le conoce como cargas inducidas.
Ahora bien, el experimento anteriormente mencionado se puede efectuar de forma alterna. Si, en vez que el primer objeto este cargado de forma positiva, usamos uno cargado negativamente, tendrá un resultado totalmente contrario al anterior.
El primer cuerpo, al estar cargado de más electrones, cuando se acerca al segundo objeto, logra repeler las partículas de la misma carga. Dejando el sector más cercano al primer cuerpo, cargado de forma positiva.