¿Qué es el equilibrio de torsión?

Un equilibrio de torsión es un dispositivo inventado para medir fuerzas muy pequeñas como las fuerzas gravitacionales entre masas pequeñas o fuerzas magnéticas entre esferas cargadas. El equilibrio de torsión consiste en una barra horizontal con una esfera idéntica en cada extremo. La barra horizontal gira sobre un cable que la sostiene en su centro. Se colocan pequeñas esferas fijas de masas idénticas, o cargas, cerca de las esferas en los extremos de la varilla giratoria, atrayéndolas y haciendo que el cable se retuerza. La cantidad de torsión en el cable se puede convertir matemáticamente en la cantidad de fuerza entre las esferas estacionarias y las de la varilla móvil.

Cuando se conocen las masas de las esferas en un equilibrio de torsión, los científicos pueden calcular una constante gravitacional para insertar en la ley de gravitación cuadrada inversa de Newton. A partir de estos resultados, se pueden derivar pequeñas fuerzas entre esferas de masa desconocida. Las fuerzas entre las esferas estacionarias de masa desconocida y las esferas móviles de masa conocida se encuentran observando el número de veces que la barra horizontal se balancea hacia adelante y hacia atrás en un período de tiempo determinado. La frecuencia del movimiento de ida y vuelta de la barra está relacionada con el esfuerzo de torsión en el alambre, a partir del cual se pueden calcular las fuerzas desconocidas.

En 1783, un físico, Charles-Augustin de Coulomb, publicó su descubrimiento de que la ley del cuadrado inverso, propuesta por primera vez por Newton para describir las fuerzas gravitacionales, podría aplicarse a cargas magnéticas atractivas o repulsivas. En la ley de Coulomb, las fuerzas atractivas o repulsivas entre los objetos, debido a sus características magnéticas, requerían una constante, la constante de la fuerza de Coulomb. Cuando se conocen las cargas en las esferas móviles y fijas del equilibrio de torsión, se puede calcular la constante. Posteriormente, se pueden instalar esferas fijas de cargas desconocidas y se pueden calcular fuerzas atractivas o repulsivas entre ellas y las esferas móviles midiendo la frecuencia del movimiento de ida y vuelta de la barra horizontal.

Los sucesivos equilibrios de torsión se han vuelto más sofisticados y precisos en sus mediciones. Los científicos notaron que al dar a la barra horizontal en la balanza un empuje inicial, la resistencia extremadamente pequeña de los átomos metálicos en el alambre delgado que soporta la barra podría hacer que gire horizontalmente hacia adelante y hacia atrás a cierta velocidad. La relación entre las tensiones torsionales en el alambre de metal cuando se expone a las fuerzas infinitesimales entre cuerpos esféricos continúa midiendo con éxito las incógnitas en las ecuaciones de la ley del cuadrado inverso.