Gravidade: Massa atrai massa?
Existe algum experimento que comprove a atração entre massas? Medir a força gravitacional entre duas massas pode ser bem complicado. Isso porque não seria possível criar um ambiente privado de influências externas para realizar tal experimento. Além disso, a força gravitacional é a mais fraca das quatro interações fundamentais, basta pensar como um pequeno ímã é capaz de atrair a geladeira, superando a atração gravitacional da Terra.
Entretanto, isso já foi realizado em 1797 por Henry Cavendish! Quando Newton formulou a descrição da gravidade no livro Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687), ele também propôs uma maneira de medir a constante da gravitação universal (G), que determina a intensidade da força de atração gravitacional entre massas. A ideia era de que as montanhas poderiam desviar um pêndulo um pouco menos de 2 minutos de arco (se a montanha tivesse a mesma densidade média da Terra). Porém, Newton concluiu que tais desvios causados pelas montanhas seriam pequenos demais para serem medidos.[1]
Uma medida precisa da constante G foi obtida, pela primeira vez, por Henry Cavendish em seus experimentos para medir a densidade da Terra. Em 1783, John Michell desenvolveu um tipo de pêndulo capaz de medir a força de atração entre duas massas: o pêndulo de torção (Imagem 1). Neste dispositivo, uma barra horizontal com massas esféricas nas pontas é suspensa por um fio fino e girada mediante a aplicação de uma pequena força. [2, 3]
Após cessar a ação dessa força, o fio faz a haste girar no sentido contrário, para desfazer a torção. Quando a torção é desfeita, a barra continua a girar, devido à inércia, torcendo o cabo na direção oposta. Esse movimento de vai e vem resulta em um pêndulo cujo período de oscilação depende da força restauradora do fio, que pode, então, ser medida. Uma vez conhecida a força exercida pelo fio, ela pode ser usada para medir a força de atração gravitacional entre as esferas do pêndulo e outras massas que foram aproximadas.[2, 3]
Em 1797, Henry Cavendish fez exatamente isso: utilizou esse pêndulo de torção para medir a força de atração entre duas esferas (Imagem 2). Embora o experimento de Cavendish não tivesse como objetivo medir diretamente a constante gravitacional, mas sim a densidade média do planeta Terra, foi o primeiro a medir com precisão a força de atração entre duas massas isoladas. A força gravitacional da Terra não afetava o experimento, pois o deslocamento das massas era horizontal, enquanto a gravidade terrestre atua na vertical.[2, 3]
Apesar de não buscar medir G diretamente, a partir dos resultados de Cavendish, foi possível inferir G = 6,74 x 10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻², um valor apenas 1% diferente do atualmente aceito. Por isso, Cavendish é creditado como o primeiro a medir com precisão a constante da gravitação. Por muitos anos, a medida de Cavendish permaneceu como a mais precisa de todas.[2]
Quase 100 anos depois, Sir Charles Vernon Boys obteve uma medição mais precisa e introduziu a notação G para descrever a constante que determina a força da atração gravitacional.[4]
Com esse experimento, Henry Cavendish contribuiu imensamente para a Lei da Gravitação de Newton. A constante gravitacional universal (G) é essencial para calcular a força gravitacional entre corpos celestes, o que permite aos astrônomos entender e prever os movimentos dos planetas, estrelas e galáxias.
25 de março de 2024
Texto por Arthur Borborema
Revisado por Sérgio Bisch