¿Qué son los hemisferios de Magdeburgo?

Con motivo de la celebración del VII Congreso Internacional sobre Investigación en la Didáctica de las Ciencias que se celebró en Granada de los días 7 al 10 de Septiembre del año 2005, el Parque de las Ciencias de la ciudad nos deleitó con la realización del experimento de los hemisferios de Magdeburgo.  

Conozcamos la historia de este experimento y qué importancia tubo en el contexto científico de su época. El 8 de mayo de 1654 tuvo lugar, en la ciudad alemana de Magdeburgo, ante el emperador Fernando III y su séquito la exhibición de un experimento espectacular, diseñado y realizado por el alcalde de la ciudad, el científico alemán Von Guericke. Diversos grabados de la época, reflejan el acontecimiento.

El experimento consistía en tratar de separar dos hemisferios metálicos, de unos 50cm de diámetro, unidos entre sí por simple contacto, formando una esfera herméticamente cerrada, de la que se extraía el aire con una bomba de vacío, por cierto, inventada por el propio Von Guericke. Para facilitar el cierre hermético de los semiesferas metálicas o hemisferios, se disponía de un aro de cuero que se colocaba entre las superficies que se tocaban. Cada hemisferio disponía de varias argollas para pasar cuerdas o cadenas por ellas y así poder tirar hacia los lados opuestos.

Los espectadores quedaron totalmente impresionados al comprobar que diferentes grupos de hombres tirando con todas sus fuerzas hacia ambos lados no conseguían separar los hemisferios. Tampoco pudieron inicialmente separarlos 16 caballos, en dos grupos de 8 a cada lado. Sólo después de un tiempo haciendo un gran esfuerzo lograron su objetivo provocando un estruendo enorme. Los hemisferios que formaban la esfera, que tanto esfuerzo costó abrir, se separaban sin ninguna dificultad con sólo dejar entrar de nuevo aire en su interior.

En el experimento realizado en el 2005 en Granada con 16 caballos no se pudieron llegar a separar los hemisferios. Hay que tener en cuenta que el vacío conseguido con la bomba de Von Guericke del siglo XVII era menor que el que hoy en día se consigue con nuestras modernas bombas de vacío. 

 

Foto del experimento realizado en el Parque de las Ciencias en Granada ante numerosos profesores de ciencias.

¿Por qué cuesta tanto separar los hemisferios y por qué quedaron tan impresionados los habitantes de Magdeburgo?

La primera parte de la pregunta, en esta época, es fácil de contestar para cualquier estudiante de Secundaria que comprenda bien la física. Todo lo que hay en la superficie de la Tierra, por estar en un mar de aire que pesa, recibe fuerzas perpendicularmente a su superficie en todas las direcciones.  De la misma forma las reciben los hemisferios tanto en su interior dirigidas hacia fuera como en el exterior hacia dentro.Si una vez cerrados los hemisferios formando la esfera, se les quita casi todo el aire que hay dentro, las fuerzas sobre la superficie exterior que los aprieta uno contra el otro, es muy superior a la que actúa sobre ellos hacia fuera por el aire que tienen en su interior, lo que hace muy difícil separarlos. 

La fuerza neta que aprieta los hemisferios, repartida sobre toda la esfera formada, o sea, la que hay que vencer para separarlos, suponiendo que el vacío conseguido en el interior fuese como un 10% del aire exterior, es del orden del peso de siete toneladas.

La segunda parte de la pregunta ¿por qué quedaron tan impresionados los habitantes de Magdeburgo? tiene que ver con el conocimiento que entonces se tenía sobre los fluidos y su comportamiento. Estamos en el siglo XVII donde, en una parte importante del mundo científico, se suponía que la imposibilidad de generar vacío, “el horror al vacío”, era la causa del movimiento de los fluidos evitando que se produjese. Así explicaban que, al sorber el líquido de un vaso con una pajita, y por tanto quitar parte del aire que hay en ella, el horror que siente la naturaleza al vacío, hacía subir al líquido que hay en él. En el momento histórico en que se realizó la experiencia científicos como Torricelli ya habían desechado esta teoría, y justificaban la presión que ejerce la atmósfera, por el peso del aire y no por el horror al vacío. Para los partidarios de la nueva teoría, como el propio Von Guericke, son las fuerzas que el aire hace sobre la superficie del líquido del vaso, debido a la presión que ejerce su peso, las que empujan por la pajita al líquido hacia arriba al haber disminuido, por sorber, la fuerza que ejerce la presión del aire del interior de pajita.

Dibujo 1.                    Antigua teoría. El líquido sube por el horror al vacío.

Dibujo 2 a. Nueva teoría. La presión del aire sobre la pajita y sobre la superficie del líquido son iguales.

Dibujo 2 b. Nueva teoría. La presión del aire sobre la paja es menor, por sorber, que sobre la superficie del líquido del vaso. Por eso sube el líquido por la pajita.

Con la teatralidad de la experiencia de los hemisferios de Magdeburgo se ayudó, por el impacto que produjo en un público tan notable, a ir consolidando las nuevas ideas frente a las viejas. 

Fuente:

http://centros5.pntic.mec.es