El experimento de los Hemisferios de Magdeburgo, la primera demostración de la presión atmosférica

Los Hemisferios de Magdeburgo son un experimento clásico de física que demuestra la increíble presión que la atmósfera que nos rodea ejerce sobre nuestros cuerpos y todo lo demás.

El aparato del experimento consiste en dos hemisferios de latón que encajan entre sí para formar un sello hermético. Una de las semiesferas tiene un tubo que se puede conectar a una bomba de vacío y una llave de paso para sellarla. Cuando se extrae el aire del interior de las semiesferas y se cierra la válvula, las dos mitades se mantienen firmemente unidas por la presión del aire de la atmósfera circundante.

Es casi imposible separar las semiesferas. Una vez que se deja entrar el aire, las mitades se separan fácilmente. Esta sencilla demostración de la presión de la atmósfera fue realizada por primera vez por el científico alemán Otto von Guericke en 1654. Cuando se sellaron los bordes con grasa y se sacó el aire, la esfera no pudo ser separada por dos tiros de caballos.

Monumento a von Guericke en Magdeburgo | foto DorisAntony en Wikimedia Commons

Otto von Guericke nació en una familia patricia de Magdeburgo en 1602. Recibió clases particulares hasta los quince años, tras lo cual comenzó a estudiar derecho y filosofía en la Universidad de Leipzig. Posteriormente estudió en la Academia Julia de Helmstedt y en las universidades de Jena y Leiden. Fue en Leiden donde asistió por primera vez a cursos de matemáticas, física e ingeniería militar.

En 1631, Guericke fue nombrado ingeniero de la construcción para ayudar a reconstruir Magdeburgo tras los graves daños sufridos durante la Guerra de los Treinta Años. En 1646, fue elegido Burgomaestre de la ciudad, el principal magistrado o ejecutivo del ayuntamiento, un cargo que posiblemente otorgaba más poder que el de un alcalde. Ocupó este cargo hasta su jubilación en 1678. Durante las cuatro décadas que ocupó el cargo emprendió numerosas misiones diplomáticas que le llevaron a muchas cortes y consejos europeos, donde se reunió con poderosos ejecutivos y secretarios y se dirigió a la ilustre élite de duques, reyes y emperadores.

A pesar de sus responsabilidades públicas, Von Guericke encontró tiempo para dedicarse a sus intereses científicos, uno de los cuales era el vacío. En la época de Von Guericke, las bombas de agua se basaban en la succión, pero estas bombas sólo podían extraer agua hasta una determinada altura. Mediante la experimentación, se determinó que esta altura era de aproximadamente 10 metros.

Los hemisferios originales en el Museo Alemán de Munich | foto LepoRello en Wikimedia Commons

Este límite preocupaba en los proyectos de irrigación, el drenaje de las minas y las fuentes de agua decorativas proyectadas por el duque de Toscana, por lo que éste encargó a Galileo Galilei que investigara el problema. Galileo sugirió incorrectamente que una columna de agua se rompe por su propio peso cuando el agua se eleva a 10 metros.

Gasparo Berti también aceptó el reto y consiguió producir un vacío por encima de la columna de agua, pero no fue capaz de explicarlo. Fue el alumno de Galileo, Evangelista Torricelli, quien escribió por primera vez un argumento convincente de que el espacio en la parte superior era un vacío. La altura de la columna quedaba así limitada al peso máximo que podía soportar la presión atmosférica. Esta es la altura límite de una bomba de succión.

Von Guericke hizo un gran avance en 1640 al construir la primera bomba de vacío. La bomba de vacío de Von Guericke funcionaba con un pistón y era capaz de bombear recipientes enteros en vacío. Demostró que una campana que sonara no podía oírse en el vacío, que las velas no ardían y que diferentes especies de aves y peces no podían sobrevivir en una presión de aire muy baja. Realizando experimentos con un barómetro de mercurio (inventado por Evangelista Torricelli) en la cima de las montañas, Von Guericke demostró que la Tierra sólo atrapa una cantidad limitada de aire. Por tanto, dedujo que debía existir un vacío fuera de nuestra atmósfera.

En 1654, Von Guericke fue invitado a Ratisbona para demostrar sus experimentos sobre el vacío ante los más altos dignatarios del Sacro Imperio Romano. Usó dos semiesferas de cobre que encajaban perfectamente y, con una bomba de vacío, bombeó aire fuera de la esfera. A continuación, colocó dos tiros de dieciséis caballos (ocho en cada lado), pero no pudieron separar las semiesferas vaciadas.

El experimento se repitió dos años después en su ciudad natal, Magdeburgo. La misma demostración se volvió a realizar en Berlín en 1661 (o 1663) ante Federico Guillermo, Elector de Brandeburgo, con veinticuatro caballos. Los experimentos de Von Guericke con el vacío inspiraron a Robert Boyle a realizar sus propios experimentos que finalmente condujeron a la formulación de la ley de Boyle-Mariotte, que establece que para un gas a temperatura constante, el volumen es inversamente proporcional a la presión sobre éste. Es decir, cuando aumenta la presión, el volumen baja, mientras que si la presión disminuye, el volumen aumenta.

El experimento de las semiesferas de Magdeburgo se convirtió en una forma popular de ilustrar los principios de la presión del aire. Copias más pequeñas de los hemisferios se utilizan hasta hoy en las clases de ciencias.

Este artículo se publicó en Amusing Planet. Traducido con permiso.