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Evangelista Torricelli De la bomba de agua a la invención del barómetro


16/abr/05 05:06
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Si nos sentamos a ver las noticias, podremos escuchar al hombre del tiempo decir que hay una región de bajas presiones al norte de Baleares, y que se mantienen las altas presiones alrededor de las Azores o algo por el estilo. Sabemos que se está refiriendo a la presión atmosférica y que la presión atmosférica se mide con un barómetro. Cualquier escolar un poquito avispado nos dirá que el barómetro lo inventó Torricelli, y nos describirá su famoso experimento que, como es bien sabido, consiste en tomar un tubo de más o menos un metro de longitud, llenarlo de mercurio, taparlo con el dedo e invertirlo sobre una cubeta de mercurio, observando que la columna se mantiene en el tubo hasta aproximadamente los tres cuartos del mismo.

Sin embargo, lo que no resulta tan conocido es el hecho de que el famoso experimento de Torricelli tuvo que ver en su inicio no con un afán de medir la presión atmosférica, sino con un problema aparentemente mucho más cotidiano, como es el intento de elevación de agua de un pozo con la ayuda de una bomba.

Evangelista Torricelli nació en 1608 en Faenza ciudad del norte de Italia, cerca de Rávena, hoy famosa por sus cerámicas de loza fina. Educado en un colegio jesuita, continuó su formación de la mano de su tío Benedetto Castelli, enseñante de la Universidad de Roma. Torricelli fue desde muy joven admirador de Galileo Galilei (1564-1642), cuyos trabajos acerca de la teoría heliocéntrica había leído con detenimiento. Sin embargo su atención estuvo de inicio centrada en las matemáticas, cuyos trabajos reuniría posteriormente en 1644 en la obra Opera Geométrica, en cuya segunda parte, titulada "De motu gravium", aborda el problema, ya tratado por Galileo, del movimiento parabólico de los proyectiles. Impresionado por los primeros escritos de su discípulo y sobrino, Castelli le escribe a Galileo con el objeto de que éste tome a Torricelli como su asistente, lo cual tiene lugar finalmente en Octubre de 1641, si bien por un corto periodo de tiempo, ya que Galileo fallece en Enero de 1642. Torricelli, sin embargo, permanece en Florencia al servicio de Ferdinando II, Gran Duque de Tuscany, mostrando su habilidad como constructor de instrumentos y abordando numerosos problemas, como el referido inicialmente, hasta que la muerte lo sorprende en 1647 a la temprana edad de 39 años.

Volviendo al problema al que nos referíamos al comienzo del artículo, hemos de señalar que el uso de bombas de mano para elevar el agua de los ríos y pozos ya comenzó a extenderse en las ciudades europeas del Renacimiento. El funcionamiento de las bombas en esta época era muy similar al usado hasta hace muy poco en algunas casas antiguas: un pistón ajustado a un cilindro metálico con un par de lengüetas de cuero que permitían o cerraban el paso del agua según el recorrido del mismo. Al subir el pistón, el agua acompañaba el recorrido de éste llenando el espacio vacío dejado por el pistón, según el principio enunciado por Aristóteles de que la naturaleza aborrece los espacios vacíos y la materia tiende a llenarlos inmediatamente

Galileo perfeccionó el funcionamiento de estas bombas, y ofrece la primera referencia escrita de la imposibilidad de elevar agua por medio de una bomba de succión de este tipo más de una decena de metros, un hecho que posiblemente era conocido desde hacía tiempo. Galileo da una explicación a este fenómeno interpretando que la columna de agua se quiebra bajo la acción de su propio peso, pero fué su discípulo, Evangelista Torricelli, quien se dispuso a experimentar para analizar este fenómeno.

Debido a que experimentar con una columna de más de diez metros de agua era poco práctico, Torricelli estimó que experimentando con un fluido más pesado la altura a la que se ''quiebra'' la columna debería ser proporcionalmente menor. Por tanto debido a que el mercurio es aproximadamente 14 veces más pesado que el agua, es de esperar que una columna de mercurio sólo pueda elevarse una fracción de 1/14 respecto de la de agua.

Para comprobarlo llenó un tubo de alrededor de un metro de longitud con mercurio, tapándolo con un dedo por su extremo abierto e invirtiéndolo en una cubeta del mismo líquido, observando que éste alcanzaba una altura más o menos fija en el mismo de aproximadamente 76 cm, quedando vacío el espacio superior.

Para demostrar que el espacio que quedaba en lo alto de la columna de mercurio estaba efectivamente vacío, Torricelli realizó otro experimento menos conocido que el primero, pero sin duda alguna tan o más interesante. Torricelli coloca mercurio en la cubeta hasta una cierta altura y a continuación, agua. Si introduce el tubo en el mercurio el resultado es el mismo que en el experimento anterior, produciéndose el célebre vacío torricelliano, pero al ir levantando suavemente el tubo y llegar su borde al nivel del agua, el mercurio cae repentinamente y el tubo se llena completamente de agua.

Además, Torricelli comprobó que la altura de su columna de mercurio no dependía de la altura del tubo empleado, ni de su forma, por lo que llega a la conclusión de que el agente que mantiene esta altura no es ningún tipo de horror de la naturaleza por el vacío, sino "el propio peso de la atmósfera que rodea la tierra''.

"Yo proclamo que la fuerza que impide que el mercurio se caiga es externa y que esa fuerza proviene de fuera del tubo. Sobre la superficie del mercurio que permanece en la cubeta descansa el peso de una columna de cincuenta millas de aire''

Los experimentos de Torricelli fueron conocidos pronto en Francia a través de su correspondencia con el religioso Marino Mersenne (1588-1688), quien mantuvo una extensa correspondencia con otros muchos investigadores de su país y del extranjero dando a conocer a unos los resultados de otros, y a través de él llegaron a conocimiento del matemático y filósofo francés Blaise Pascal (1623-1662) pero de éste ya hablaremos otro día.

Como homenaje a Torricelli, se denomina Torr a la unidad de presión (también denominada milímetro de mercurio) que es capaz de elevar un milímetro la columna barométrica diseñada por éste.

Justo R. Pérez Cruz,

catedrático del Departamento de Física Fundamental y Experimental Electrónica y Sistemas Universidad de La Laguna

Tsunamis: una reflexión desde la Geofísica

La tragedia que asoló el sureste asiático a finales de diciembre está generando multitud de reflexiones que, a medida que va pasando el tiempo, nos descubren facetas nuevas de lo que ha sucedido y de su significado.

El terremoto de Sumatra del 26 de diciembre ha sido un fenómeno de características gigantescas que se originó al liberarse las tensiones acumuladas en la zona de subducción de la placa de India bajo la de Burma. El maremoto fue resultado de la confluencia de tres factores: falla inversa de pequeño ángulo (thrust fault) y gran longitud, localización del foco bajo el mar y a poca profundidad, y magnitud superior a 7.5. El Servicio Geológico de los Estados Unidos ha evaluado esta magnitud en 9.0, lo que representa una energía liberada equivalente a 23.000 bombas de Hiroshima.

En el objetivo de conseguir que en el campo de los riesgos naturales los daños sean diferentes a los del sudeste asiático la Física tiene mucho que aportar. De una manera específica a través de la docencia, la investigación y el ejercicio profesional de los físicos en campos como la Geofísica y la Meteorología. Se debe subrayar el importante papel que en este ámbito se puede realizar desde la docencia en la Enseñanza Secundaria Obligatoria y en el Bachillerato. La Física, y otras asignaturas impartidas muchas veces por Físicos como Ciencias de la Naturaleza, son una ocasión privilegiada para educar en la prevención de las catástrofes. El caso de la niña inglesa de 10 años que, en el terremoto de Sumatra, salvó a su familia al alertarlos de que los fenómenos que estaban observando en la playa coincidían con los que su profesor había descrito en una clase al hablar de los tsunamis, es suficientemente elocuente.

Extraído de un artículo de Miguel Herraiz

 

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