Qual é o equilíbrio de torção?
Um balanço de torção é um dispositivo inventado para medir forças muito pequenas, como forças gravitacionais entre pequenas massas ou forças magnéticas entre esferas carregadas. O equilíbrio de torção consiste em uma haste horizontal com uma esfera idêntica em cada extremidade. A haste horizontal gira sobre um fio que o apoia no centro. Esferas pequenas e fixas de massas ou cargas idênticas são colocadas próximas às esferas nas extremidades da haste rotativa, atraindo-as e fazendo com que o fio torça. A quantidade de torção no fio pode então ser matematicamente convertida na quantidade de força entre as esferas estacionárias e as da haste móvel.
Quando as massas das esferas em um balanço de torção são conhecidas, os cientistas podem calcular uma constante gravitacional para inserir na lei da gravitação do quadrado inverso de Newton. A partir desses resultados, pequenas forças entre esferas de massa desconhecida podem ser derivadas. As forças entre as esferas estacionárias de massa desconhecida e as esferas móveis de massa conhecida são encontradas observando o número de vezes que a haste horizontal oscila para frente e para trás em um determinado período de tempo. A frequência do movimento de vaivém da haste está relacionada à tensão de torção no fio, a partir da qual as forças desconhecidas podem ser calculadas.
Em 1783, um físico, Charles-Augustin de Coulomb, publicou sua descoberta de que a lei do quadrado inverso, proposta pela primeira vez por Newton para descrever as forças gravitacionais, poderia ser aplicada a cargas magnéticas atraentes ou repulsivas. Na lei de Coulomb, forças atrativas ou repulsivas entre objetos, devido às suas características magnéticas, exigiam uma constante, a força de Coulomb constante. Quando as cargas nas esferas móveis e fixas da balança de torção são conhecidas, a constante pode ser calculada. Posteriormente, esferas fixas de cargas desconhecidas podem ser instaladas e forças atraentes ou repulsivas entre elas e as esferas móveis podem ser calculadas medindo a frequência do movimento para a frente e para trás da haste horizontal.
Balanças de torção sucessivas tornaram-se mais sofisticadas e precisas em suas medições. Os cientistas observaram que, ao dar um impulso inicial à haste horizontal da balança, a resistência extremamente pequena dos átomos metálicos no fio fino que suporta a haste pode fazer com que ela gire horizontalmente para frente e para trás a uma certa velocidade. A relação entre as tensões de torção no fio de metal quando exposto às forças infinitesimais entre corpos esféricos continua a medir com sucesso as incógnitas nas equações da lei do quadrado inverso.