La determinación de la velocidad de la luz y del sonido es una parte fundamental en la historia de la ciencia. Estos descubrimientos han sido cruciales para comprender el mundo que nos rodea y han llevado a importantes avances tecnológicos en diversos campos. En este artículo de divulgación, exploraremos la historia de cómo se determinó la velocidad de la luz y del sonido, abordando los experimentos clave que condujeron a estas mediciones.
La velocidad de la luz:
La primera pregunta que surge es: ¿cómo se mide la velocidad de la luz? Para responder a esta pregunta, debemos explorar los primeros experimentos que se realizaron para determinar su velocidad.
Uno de los primeros intentos de medir la velocidad de la luz fue realizado por el astrónomo danés Ole Rømer en el siglo XVII. Rømer notó que los eclipses de la luna de Júpiter, Ío, parecían ocurrir en momentos ligeramente diferentes dependiendo de la posición relativa de la Tierra y Júpiter en sus órbitas alrededor del Sol. Rømer argumentó que esto se debía a que la luz del eclipse viajaba una cierta distancia adicional cuando la Tierra estaba más lejos de Júpiter, lo que llevaba a una aparente demora en la observación del eclipse.
Basándose en sus observaciones, Rømer estimó que la luz viajaba a una velocidad aproximada de 220,000 kilómetros por segundo. Sin embargo, su medida no fue aceptada de inmediato por la comunidad científica de la época debido a la falta de pruebas adicionales y la relativamente baja precisión de sus mediciones.
Fue en el siglo XIX cuando se llevaron a cabo experimentos más precisos para determinar la velocidad de la luz. Uno de los primeros científicos en realizar este tipo de mediciones fue el físico y matemático francés Hippolyte Fizeau. En 1849, Fizeau realizó un experimento utilizando un haz de luz que se reflejaba en un espejo y luego volvía a la fuente de origen. Al hacer girar el espejo a una velocidad conocida, Fizeau logró determinar cuánto tiempo tardaba la luz en recorrer la distancia entre el espejo y la fuente.
A partir de esta información, Fizeau pudo calcular la velocidad de la luz, obteniendo un valor cercano a 313,000 kilómetros por segundo. Este experimento de Fizeau tuvo un gran impacto en la comunidad científica, ya que proporcionó una medida más precisa y confiable de la velocidad de la luz.
Sin embargo, fue el físico francés Albert A. Michelson quien realizó el experimento más famoso y preciso para medir la velocidad de la luz. En 1879, Michelson llevó a cabo su famoso experimento del interferómetro de Michelson, utilizando un dispositivo óptico que dividía un haz de luz en dos caminos perpendiculares y luego volvía a combinarlos. Al medir las diferencias en las longitudes de los caminos de luz y los cambios en los patrones de interferencia resultantes, Michelson pudo determinar con gran precisión la velocidad de la luz.
El experimento de Michelson arrojó un valor de aproximadamente 299,796 kilómetros por segundo para la velocidad de la luz, una medida notablemente cercana al valor aceptado hoy en día, que es de aproximadamente 299,792 kilómetros por segundo.
La velocidad del sonido.
La determinación de la velocidad del sonido es otro aspecto importante en el desarrollo de la ciencia. A diferencia de la luz, el sonido es una onda de presión que se propaga a través de medios materiales, como el aire, el agua o los sólidos. Por lo tanto, las mediciones de la velocidad del sonido implican la consideración de las propiedades físicas del medio en el que se propaga la onda.
En la antigüedad, los primeros intentos de medir la velocidad del sonido se realizaron utilizando observaciones visuales y auditivas. Por ejemplo, se utilizaron rayos y truenos para medir la velocidad del sonido en el aire. Sin embargo, estas mediciones eran muy imprecisas debido a la falta de instrumentos adecuados y a la dificultad de sincronizar los eventos.
En el siglo XVII, el científico inglés Robert Boyle llevó a cabo uno de los primeros experimentos sistemáticos para medir la velocidad del sonido. Boyle disparó un cañón a una distancia conocida y registró el tiempo que transcurría entre la observación visual del disparo y el sonido del impacto. A partir de estas mediciones, calculó la velocidad del sonido en el aire, obteniendo un valor aproximado de 350 metros por segundo.
Sin embargo, fue el físico francés Jean-Baptiste Biot quien realizó el primer experimento verdaderamente científico para medir la velocidad del sonido. En 1801, Biot llevó a cabo una serie de mediciones en colaboración con su compatriota Gaspard-Gustave Coriolis. Utilizando cañones y cronómetros precisos, Biot y Coriolis midieron el tiempo que transcurría entre el disparo y el sonido del impacto, así como la distancia recorrida por el sonido.
A partir de estos datos, Biot y Coriolis calcularon la velocidad del sonido en el aire, obteniendo un valor aproximado de 344 metros por segundo. Esta medición fue mucho más precisa que las anteriores y sentó las bases para futuros experimentos en este campo.
A medida que la tecnología avanzó, se desarrollaron nuevas técnicas y dispositivos para medir con mayor precisión la velocidad del sonido. Uno de los experimentos más relevantes fue realizado por el físico alemán Rudolf Weber en 1843. Weber utilizó un dispositivo llamado sirena, que consistía en un disco giratorio con una serie de pequeñas aberturas. Al hacer girar el disco y controlar la velocidad de rotación, Weber pudo generar una serie de pulsos de sonido y medir la longitud de onda generada.
Utilizando estos datos, Weber calculó la velocidad del sonido en el aire, obteniendo un valor muy cercano al aceptado en la actualidad, que es de aproximadamente 343 metros por segundo.
En conclusión, la determinación de la velocidad de la luz y del sonido ha sido el resultado de una larga trayectoria de investigación científica. Desde los primeros intentos de medición en la antigüedad hasta los experimentos más precisos realizados en tiempos modernos, la determinación de estas velocidades ha sido crucial para el desarrollo de la física y la comprensión del mundo que nos rodea. A través de observaciones visuales, cálculos matemáticos y dispositivos tecnológicos avanzados, los científicos han proporcionado mediciones cada vez más precisas y confiables de estas velocidades fundamentales.
