¿Qué son los Hemisferios de Magdeburgo?
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Los hemisferios de Magdeburgo consisten en dos bóvedas metálicas huecas, de unos 500 litros de capacidad, de forma hemisférica que se ajustan una con otra formando una esfera. Del interior se extrae el aire con una máquina neumática, provocando un vacío. Su origen se debe al burgomaestre de Magdeburgo, Otto von Guericke, quien también fue el inventor de la máquina neumática.
Se asemeja a una copa semiesférica. Consta por debajo de un pie que es un conducto y que, soldado a la semiesfera, tiene un grifo que puede abrirse y cerrarse. El hemisferio superior tiene una argolla para poder sujetarlo.
Historia y utilidad
• El burgomaestre realizó en Ratisbona ante el público que se reunió y el propio emperador, una demostración más circense que científica, al dotar al experimento de un cuadro propio de la época, muy espectacular, para ganar fama a la vez que intentaba dotarlo de realismo y credibilidad (en aquellos tiempos, para no ser tildado de farsante, se requería la presencia e intervención de personajes ilustres).
• Su nombre proviene de un experimento realizado en el año 1654 en la ciudad de Magdeburgo. Para realizar esta experiencia, mandó construir dos hemisferios huecos de cobre, ajustó estos dos hemisferios con la precaución de que no entrara aire y extrajo el del interior hasta practicar el vacío a través del conducto del hemisferio inferior, tras lo cual cerró el grifo y ató cada hemisferio a un arnés tirado por ocho caballos que no consiguieron despegar ambas mitades. Cuando, mediante una válvula se le insuflo aire nuevamente a la esfera, se la pudo separar en dos mitades sin dificultad. La noticia fascinó tanto a la ciudad y a la comunidad científica que, aparte de figurar cuadros reflejando el evento, las máquinas neumáticas tomaron realce.
• Sirve en la práctica como experimento en física para las demostraciones de la presión atmosférica, y toda universidad que se precie tiene un pequeño modelo que ensayan sus alumnos.
• En los hemisferios sólo actúa la presión atmosférica, ya que al extraer el aire no hay presión en el interior. Si la superficie de los hemisferios es suficientemente grande, se necesita una fuerza bastante considerable para tratar de separarlos.
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.
¿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.