viernes, 11 de febrero de 2011

Historia del aire, o no por mucho succionar...

Descubrí el aire cuando iba en primero de primaria; o más bien, me lo hicieron descubrir: la miss, que era una sabia, nos señaló un día que el salón de clase estaba lleno de una sustancia, lo que era absurdo, porque desde nuestras bancas podíamos ver a la maestra perfectamente sin que nada se interpusiera. Para mí "aire" era lo mismo que "viento", y en ausencia de viento, entre la miss y yo no había más que...mmm...más que...bueno, algo que no era nada. Pues resultó que no: el aire era una sustancia material como la madera de nuestros lápices, el plástico de nuestras reglas de geometría y la gamuza fragante de nuestras mochilas nuevas.

Luego resultó que el aire ya lo habían descubierto los griegos, pero para ellos era una cosa muy distinta que para nosotros. Si a un griego del siglo IV a.C. le mencionáramos la palabra atmósfera no entendería nada, porque el aire no era una esfera de gases ceñida a la superficie de un planeta entre la tierra y el espacio vacío, sino una de las cuatro sustancias de las que estaban hechas todas las cosas, sustancia que -con las otras cuatro- tenía un lugar natural en el cosmos. El lugar natural de la tierra era el centro del universo, y por eso la Tierra era una esfera inmóvil enmedio de todas las cosas. Encima de la tierra se extendía el agua, que era un poco menos pesada (o un poco menos "grave", como se decía entonces). Sobre el agua estaba el aire y sobre el aire, el fuego. Después venía una serie de esferas concéntricas en las que estaban engastados la luna, el sol, los planetas y las estrellas. Esa región de esferas celestes estaba hecha de una quinta sustancia, o quintaesencia (también llamada éter).

Los griegos ya habían observado cómo se comporta el agua en un popote: si uno saca el popote del agua tapando la parte superior con el dedo, el agua se queda misteriosamente en el popote. ¿Por qué no se cae? Porque el universo se rige por un principio fundamental muy importante que dice que la naturaleza aborrece el vacío. Si el agua se saliera del popote, dentro de éste se formaría un vacío, que la naturaleza aborrece y por tanto evita. Así pues, el agua se queda dentro irremediablemente. Es una explicación.

¿Conque la naturaleza aborrece el vacío, no?, se dijo Evangelista Torricelli un día de verano del siglo XVII. Torricelli llenó de mercurio un tubo de vidrio cerrado por un extremo y lo metió en un recipiente lleno de lo mismo, con el extremo cerrado hacia arriba. El mercurio descendió en el tubo, pero no hasta el nivel del líquido del recipiente: se formó una columna de mercurio y encima de ésta, nada. ¿Nada?, me podría haber preguntado yo en primaria. ¿No hay aire ahí? Porque a mí me dijeron que donde no se ve nada, hay aire. No, nada. Antes había mercurio. Retirándose el mercurio, no queda, por fuerza, nada, respondería Torricelli. Señores y señoras: he aquí el vacío, supuestamente tan aborrecido por la naturaleza. ¡Trágatelo, Aristóteles!

La pregunta natural era, claro, por qué no desciende el mercurio del tubo hasta nivelarse con el del recipiente. ¿Quién lo está sujetando? Respuesta de Torricelli: el peso del aire, que recae sobre todas las cosas y las oprime, porque el aire es como un océano en el fondo del cual vivimos. Concepto muy distinto al aire que está donde está simplemente porque ése es su lugar natural y sanseacabó. ¿El aire pesa?, se pregunta mi "yo" de primaria.

Sí.

Demuéstramelo.

Ah, ¿quieres más pruebas?

Sí.

Mmm...

Blas Pascal, individuo tan afecto a pensar que escribió un libro titulado Pensamientos, estaba en París, quien sabe si de vacaciones o de trabajo, porque radicaba en Clermont-Ferrand. Junto a Clermont-Ferrand hay una montaña conocida como Puy-de-Dôme, y en Clermont-Ferrand estaba también el cuñado de Pascal (y presumiblemente también su esposa). Pascal le escribió una carta a su cuñado. En la carta le pedía que hiciera un tubito de Torricelli, con el mercurio y todo eso, y que midiera la altura de la columna en Clermont-Ferrand. Luego, por favorcito, súbete con el chirimbolo al Puy-de-Dôme y vuelve a medir la altura de la columna. ¿Qué tenía en mente Pascal? Que, si la altura de la columna de mercurio se debía, en efecto, al peso del aire, entonces en la cima de la montaña tendría que ser menor puesto que ahí hay menos aire encima del mercurio. En la teoría griega el aire no pesaba (por eso estaba encima de la tierra y el agua; era un cuerpo leve en vez de un cuerpo grave). En la de Torricelli sí. El cuñado se fue con el tubo a la cima del cerro y comprobó que la columna de mercurio bajaba (y con eso que el aire, en efecto, pesa). Este experimento debería conocerse como "el experimento del cuñado de Pascal", pero no: se conoce como el experimento de Pascal, con lo cual se demuestra que en la ciencia a veces lo que importa es tener las ideas, no ponerlas en práctica.

Francamente el experimento de Pascal (o de su cuñado) no es muy, muy impresionante. Hacía falta un mago de los efectos especiales para convencer a todo el mundo y acallar a los escépticos del peso del aire. El experimento más dramático se le ocurrió a Otto von Guericke, alcalde de la ciudad alemana de Magdeburgo (ya no hacen a los alcaldes como antes, qué lástima). El alcalde reunió un día en la plaza a sus gobernados. No sé si los llevaron acarreados, o si fueron por su propio gusto e interés, pero el show valió la pena. En el centro de la plaza había 16 caballos enganchados a uno y otro lado de un insólito artefacto: dos hemisferios de metal huecos de unos 50 centímetros de diámetro que von Guericke juntó. Luego extrajo el aire del interior de la esfera así formada por medio de una bomba. Los hemisferios se quedaron pegados. Ni los 16 caballos pudieron separarlos. Explicación: adentro se había formado un vacío y era el peso del aire el que los mantenía pegados. Los caballos, con toda su fuerza, no podían competir con el peso de la atmósfera. Tan bueno resultó el show, que en 1663, von Guericke le presentó el número a Federico Guillermo I, Elector de Brandenburgo y duque de Prusia.

Corte a la época actual. ¿Cómo funciona un popote? En la boca baja la presión. La columna de fluido sube por el popote hasta que la presión en la base de éste iguala la de la atmósfera. Si uno succiona más, la columna llega más arriba. La idea es reducir la presión en la boca lo bastante para que la columna de líquido sea más alta que el popote, con lo que el líquido se derramará en la cavidad bucal, que es, al fin y al cabo, lo que uno quiere. ¿Quién soporta la columna de fluido (el mercurio, en el experimento de Torricelli)? La presión atmosférica.

¿Y hasta dónde puede subir la columna? ¿Se puede hacer un popote de 100 metros de alto? La columna alcanzará su altura máxima cuando en la boca (o en general, en el extremo abierto) se haga el vacío . ¿Qué altura es esa? Pues la altura suficiente para que el peso de la columna ejerza en la base del popote la misma presión que la atmósfera en la superficie del líquido del recipiente. En el caso del mercurio, son como 75 centímetros. Con agua se requieren unos 10 metros. Llegada a esa altura --y puesto que la presión no puede reducirse a menos de cero-- ni la boca más succionadora ni la bomba más potente la podrán hacer subir más. Mis alumnos de preparatoria, hace dos años, lo resumieron muy bien con este hermoso aforismo: "No por mucho succionar vas a llegar hasta el fondo".

4 comentarios:

Matalote dijo...

Que simpática entrada Sergio!

"Uno nunca sabe para quién trabaja", pudiera haber dicho el cuñado de Pascal.

Para mi nunca fue tan conciente la presencia del aire, como cuando buceaba: blu, blu, blu!!! Qué rico sabía el aire comprimido, o al menos esa sensación tenía yo, pues se percibe de manera diferente a como se hace con la nariz. Y bueno, también el comportamiento del aire en las profundidades tiene lo suyo, y lo mejor es no jalar el aire a bocanadas, sino disfrutarlo lentamente. Además así dura más.

Saludos

Luis Martin Baltazar Ochoa dijo...

Sergio, algo mas que se puede decir sobr la presion atmosferica, es como se nota en el propio cuerpo la altura del lugar en que uno respira. Los deportistas, al subir a la altura, tienen muchas dificultades de tener la carga necesaria de aire, pues estan acostumbrados a su altura geografica, que es menor.
No se si sea relacionado, pero hay algo que no recuerdo sobre el punto de ebuillicion del agua: no es lo mismo a nivel del mar, que en una montaña ¿por que? ¿como afecta y como se puede utilizar esto tecnologicamente?

en fin, temas muy interesantes y contados de manera muy sabrosa...

Por ultimo, ojalá luego puedas comentar del reciente simulacro de viaje a marte, que se hicieron con personas encapsuladas lo mas parecido a las condiciones de un viaje real a Marte ¿ocmo ves, nos platicas?

Gracias y saludos.

Anónimo dijo...

Hola!, soy yo otra vez, la estudiante de secuandaria con un maestro de ficica que le encanta leer tu blog.
Pues bien ,aunque mis compañeros me contradigan, me gusta leer tus ensayos. De verdad que son divertidos y aparte esres un muy buen escritor.
Bueno, hasta la proxima, ADIÓS

Luis Martin Baltazar Ochoa dijo...

Estimado Sergio: hoy no pude escuchar Imagen y ya no supe si tuviste tu gustada seccion... pa´cabar no veo nada escrito, y la verdad ya siento que falta tu colaboracion escrita. Hombre, un viernes sin una sabrosa historia en Imagen en la ciencia, como que no sabe. ¡chon, chin si nos dejas solos!