11. Una carga de aire

A mediados del siglo XVII los habitantes de Regensburg y los poderosos príncipes de Alemania, encabezados por su emperador, llegados a esta ciudad, fueron testigos de un espectáculo extraordinario: 16 caballos, tirando con todas sus fuerzas, intentaron inútilmente separar dos semiesferas de cobre unidas entre sí por simple contacto. ¿Qué unía entre sí a estas dos semiesferas? "Nada", el aire. Y no obstante, ocho caballos tirando hacia un lado y ocho tirando hacia otro no pudieran separarlas. De esta forma el burgomaestre Otto Von Guericke demostró públicamente que el aire es algo que tiene peso y que presiona con bastante fuerza sobre todos los objetos que hay en la Tierra.

Este experimento fue realizado con toda solemnidad el día 8 de mayo de 1654. El sabio burgomaestre supo interesar a todo el mundo con sus investigaciones científicas, a pesar de que esto ocurría en una época en que los desbarajustes políticos y las guerras asoladoras estaban en su apogeo.

En los libros elementales de Física figura la descripción del famoso experimento de los "hemisferios de Magdeburgo". No obstante, estoy seguro de que el lector escuchará con gusto esta descripción hecha por el propio Guericke, el "Galileo alemán", como llaman a veces a este célebre físico. El libro, bastante voluminoso, en que se describe la larga serie de sus experimentos apareció en Amsterdam el año 1672; estaba escrito en latín y como los demás libros de esta época tenía un título muy largo, que hemos creído interesante reproducir.

El capítulo XXIII está dedicado al experimento que nos interesa. A continuación incluimos su traducción literal.

"Experimento para demostrar que la presión del aire une dos hemisferios tan fuertemente que 16 caballos no pueden separarlos".

"Encargué dos hemisferios de cobre de tres cuartos de codo de Magdeburgo de diámetro[5]. Pero en realidad sus diámetros midieron solamente 67/100 de codo, ya que los maestros, como de ordinario, no pudieron hacer exactamente lo que era necesario. Ambos hemisferios se correspondían bien entre sí. Uno de ellos tenía una llave que permitía extraer el aire interior y evitaba la entrada del aire exterior. Los hemisferios tenían además cuatro argollas, por las cuales pasaban los cordeles que se sujetaban a los atalajes de los caballos. También hice que cosieran un anillo de cuero; este anillo, impregnado en una mezcla de cera y aguarrás y cogido entre los dos hemisferios no dejaba que el aire entrase en ellos. En la llave se enchufó el tubo de la máquina neumática y se extrajo el aire de dentro de la esfera. Entonces se puso de manifiesto la fuerza con que ambas esferas se apretaban entre sí a través del anillo de cuero. La presión del aire exterior las apretaba con tal fuerza, que 16 caballos (de un tirón) no las podían separar o lo conseguían con dificultad. Cuando los hemisferios, cediendo a la fuerza de los caballos, se separaban, producían un estampido como un cañonazo.

Pero si se abría la llave y se dejaba entrar el aire, los hemisferios se podían separar fácilmente con las manos".

Figura 61. Experimento con los "hemisferios de Magdeburgo". Ilustración del libro de Otto Von Guericke.

Un cálculo sencillo puede aclararnos por qué hace falta tanta fuerza (8 caballos por cada lado) para separar las dos partes de la esfera vacía. El aire ejerce una presión aproximada de 1 kg por cada cm2. La superficie del círculo[6] que tiene 0,67 codos (37 cm) de diámetro será igual a 1.060 cm2. Por lo tanto, la presión de la atmósfera sobre cada hemisferio será mayor de 1.000 kg (1 t). Cada uno de los tiros de 8 caballos tenía, pues, que tirar con una fuerza de una tonelada para poder contrarrestar la presión del aire exterior.

Parece que para 8 caballos (por cada lado) esto no es mucha carga. Pero no hay que olvidarse de que cuando un caballo tira de un carro cargado con 1 t la fuerza que hace no es de 1 t, sino mucho menor; exactamente la que se necesita para vencer el rozamiento de las ruedas sobre sus ejes y sobre el pavimento. Esta fuerza representa (en una carretera, por ejemplo) el cinco por ciento de la carga, es decir, si el carro pesa una tonelada la fuerza necesaria para arrastrarlo es igual a 50 kg. (Sin hablar ya de que la experiencia demuestra que cuando se enganchan 8 caballos juntos se pierde el 50% del esfuerzo). Por consiguiente, la tracción de 1 t corresponde para los 8 caballos a arrastrar un carro que pese 20 t. Esta es la carga de aire que tenían que arrastrar los caballos del burgomaestre de Magdeburgo. Este esfuerzo se puede comparar con el necesario para mover de su sitio a una locomotora no muy grande, pero que no esté sobre los raíles.

Figura 62. Los huesos de nuestras articulaciones coxofemorales no se separan debido a la presión atmosférica, que los sujeta lo mismo que a los hemisferios de Magdeburgo.

Se ha medido que un caballo fuerte tira de la carga con una fuerza total de 80 kg[7]. Por consiguiente, para separar los hemisferios de Magdeburgo, con tracción uniforme, hubieran sido necesarios 1.000/80 = 13 caballos por cada lado[8].

Figura 63. La fuente de Herón clásica.

El lector quizá se asombre al saber que algunas articulaciones de nuestro esqueleto se mantienen unidas por la misma causa que los hemisferios de Magdeburgo. Nuestra articulación coxofemoral tiene unas propiedades parecidas a los antedichos hemisferios. A esta articulación se le pueden quitar todos los ligamentos musculares y cartilaginosos sin que se desarticule. Ocurre esto porque la presión atmosférica aprieta entre sí los huesos que forman esta articulación, puesto que en el espacio comprendido entre ellos no hay aire.