¿Cómo calcularon los científicos la velocidad de la luz y del sonido?

¿Cómo calcularon los científicos la velocidad de la luz y del sonido?

Las condiciones atmosféricas eran perfectas aquella mañana de 1640: no corría ni una ráfaga de viento y el cielo estaba despejado y radiante en aquella zona del sur de Francia. Pierre Gassendi llamó a sus criados para que le ayudaran a realizar un experimento largamente planeado, con el que pretendía medir la velocidad a la que el sonido se propaga en el aire.

El criado de confianza de Gassendi se alejó a caballo hacia un punto predeterminado cargado con un trabuco y un telescopio. Gassendi, equipado con un reloj, un cuaderno y otro telescopio, se dirigió hacia otro punto situado lejos de donde estaba su criado, pero no tan lejos como para que no se vieran.

En fracciones de segundo

Mirando a su criado y ayudante por el telescopio, Gassendi agitó un pañuelo en el aire. Al ver la señal, el ayudante disparó el trabuco y Gassendi cronometró el tiempo que transcurría entre el momento en que veía el fogonazo del disparo y el momento en que le llegaba el sonido del mismo. Dividiendo ese lapso de tiempo por la distancia que le separaba de su ayudante, llegó a la conclusión de que el sonido se propagaba a una velocidad aproximada de 438 metros por segundo. Aunque el principio en el que se basaba el experimento era adecuado, el resultado fue muy inexacto, ya que la velocidad del sonido resultante de las mediciones actuales es de 331 metros por segundo.

En 1676, treinta años después del experimento de Gassendi, el astrónomo danés Ole Romer observó un fenómeno curioso. Cuando la órbita de la Tierra se aproximaba a Júpiter, los eclipses de las cuatro lunas del gran planeta parecían durar menos de lo previsto; mientras que cuando la Tierra se alejaba de Júpiter, los eclipses eran más largos. Sabiendo que las lunas de los planetas siempre tardan lo mismo en recorrer sus órbitas, Romer dedujo una explicación del fenómeno que había observado: cuando la Tierra estaba más cerca de Júpiter, la luz que reflejaban sus lunas tardaba menos tiempo en llegar a nuestro planeta, y viceversa. Al llegar a esa conclusión, Romer había dado con la clave para medir la velocidad de la luz.

Comparaciones difíciles

Comparando la duración de los eclipses con la distancia recorrida por la Tierra ?unos 43,450 km? en ese mismo período, Romer calculó la velocidad de la luz. Sus ecuaciones eran complicadas, ya que debía compensar la rotación de la Tierra y las órbitas elípticas de las lunas de Júpiter y de la Tierra. Además, la diferencia entre un eclipse ?largo? y uno ?corto? era muy pequeña. Aun así, Romer estimó que la luz viajaba a una velocidad de 225,000 km por segundo.

En 1849, el científico francés Armand Fizeau ideó un experimento que le permitiría medir con mayor precisión la velocidad de la luz. Su objetivo era cronometrar el tiempo que tardaba un rayo de luz en recorrer los 8.5 km que separaban la casa de su padre en la localidad de Suresnes y la colina de Montmartre en París. Para ello, instaló en Suresnes un aparato de su invención, el interferómetro: una gran rueda con 720 dientes que giraba a distintas velocidades; y, alineado con el interferómetro, colocó un gran espejo en Montmartre.

Fizeau hizo girar la rueda mientras proyectaba un rayo de luz que se reflejaría en el espejo a través de sus dientes. Aumentó la velocidad de giro hasta que el espejo dejó de reflejar la luz; en ese momento, el tiempo que el rayo de luz tardaba en regresar a Suresnes era igual al tiempo que la rueda tardaba en girar de un espacio interdental a un diente. Sabiendo que la rueda daba 12.68 vueltas por segundo, Fizeau estimó que la velocidad de la luz era de 300,030 km por segundo. Un cálculo asombrosamente próximo al valor que se acepta en la actualidad: 299,793 km por segundo.

Cómo se hizo posible