fagm 1.99

Recursos de un profesor de física y química de la enseñanza pública

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Cómo se descubrió la presión atmosférica

Lee atentamente el siguiente texto de historia de la ciencia (Landau y Kitaigorodskii, 1971; Mason, 1985) y contesta a las preguntas que al final del mismo se formulan.

Las bombas impelentes-expelentes se conocían ya en tiempos remotos. Por medio de ellas se podía elevar agua a grandes alturas: el líquido seguía al émbolo de la bomba con extraordinaria docilidad.

Los filósofos antiguos mediaron sobre la cuasa del fenómeno y llegaron a la profunda conclusión de que el agua sigue el émbolo porque la naturaleza "teme" al vacio, y, por consiguiente, entre émbolo y agua no puede existir espacio libre.

Se cuenta que un arquitecto construyó para los jardines del gran duque de Toscana, en Florencia, una bomba aspirante que tenía que elevar el agua hasta una altura superior a los diez metros. Todos los intentos de aspirar fueron vanos; hasta diez metros, el agua seguía fielmente al émbolo, pero a continuación el émbolo se separaba del líquido y se formaba ese vacio que la naturaleza tanto "temía".

Cuando acudieron a Galileo en busca de una explicación del fenómeno, éste respondió, que efectivamente, la naturaleza no ama el vacio, pero sólo hasta cierto punto. Los discípulos de Galileo, Torricelli y Viviani partieron probablemente de este fenómeno cuando en 1643 realizaron su famoso experimento con un tubo lleno de mercurio.

Torricelli y Viviani llenaron un tubo cerrado por un extremo con mercurio e invirtieron el tubo con su extremo abierto inmerso en un recipiente de mercurio. Descubrieron que el nivel de mercurio del tubo bajaba hasta hallarse a unos 76 cm sobre el nivel del recipiente, permaneciendo constante dicha altura si el tubo estaba en posición vertical como si se hallaba inclinado a un lado. Sugirieron que la subida del mercurio del tubo hasta 76 cm se debía a la presión de la atmósfera sobre la superficie libre del mercurio del recipiente.

Con este experimento se resolvió la perplejidad de los arquitectos del gran duque toscano. Efectivamente, ahora comprendieron ya hasta que altura el agua seguiría fielmente al émbolo de la boma aspirante. Lo hará hasta que el peso de la columna de líquido, de 1 cm² de sección, no supere 9,8 N aproximadamente. Esta es la razón de que la naturaleza tema al vacío... pero hasta los diez metros.

En 1648, Blaise Pascal realizó el siguiente experimento. Hizo que su cuñado subiese al Puy de Dôme, en el sur de Francia, con el aparato de Torricelli y Viviani, hallando que la altura de la columna de mercurio decrecía a medida que ascendía por la montaña.

En 1654, once años después del descubrimiento de Torricelli y Viviani, el burgomaestre de Magdeburgo, Otto von Guericke, demostró de forma evidente la acción de la presión atmosférica, y se hizo famoso más por la forma teatral en que realizó el experimento que por su significado físico. Unió dos hemisferios de cobre mediante una junta anular y a través de una válvula extrajo el aire. Después, ya no era posible separar los dos hemisferios. Se conserva la descripción de tallada del experimento de Guericke. Es posible calcular la fuerza asociada a la presión atmosférica en los dos hemisferios: a un diámetro de 37 cm corresponde una fuerza de unos 40.000 N. Guericke ordenó que dos tiros de ocho caballos cada uno tiraran de la esfera: los esfuerzos de los animales resultaron inútiles.

(a) Indica cuál es el problema que da origen a la investigación que se narra en el texto.

(b) Enumera las distintas hipótesis que aparecen en el mismo.

(c) Qué experimentos resultaron cruciales para aceptar o rechazar las hipótesis?

(d) Comprueba si es o no correcto el valor de la fuerza que se menciona en el experimento de Guericke.