lunes, 4 de abril de 2016

De la nada al altímetro

Si Aristóteles siguiera vivo probablemente no existirían ni los barómetros ni los altímetros (son lo mismo). Según el genial griego, la nada no existe. Todo está formado por alguna combinación de los cuatro elementos: tierra, aire, agua y fuego. Entre medias no cabe nada más. Aquello se le puede perdonar porque vivió hace más de 300 años antes de Cristo. Hubo que esperar hasta el siglo XVII, cuando la gente empezó a plantearse con seriedad las cuestiones sobre el mundo que les rodeaba, para que un experimento sencillo desterrara esa creencia y revelara de manera inequívoca que el vacío es algo real y reproducible.

Se ha llegado a decir que de todo el torrente de ideas científicas y avances tecnológicos del siglo XVII, cuatro son los que se suelen considerar "grandes inventos" por el inmenso impacto que ejercieron en nuestra interpretación de la realidad. El telescopio nos ayudó a comprender el Sistema Solar y que la Tierra no ocupa su centro. El microscopio desplegó ante nosotros un "micromundo" rico, pero invisible hasta entonces, preparó el terreno para la medicina moderna, la tecnología de materiales y mucho más. El reloj de péndulo fue el primer instrumento preciso con el que medimos el tiempo y uno de los pilares de la sociedad moderna y por supuesto de la navegación marítima y aérea. Tal vez el menos conocido de los cuatro sea la bomba de vacío. Tuvo una repercusión menor que los otros, quizá porque los cambios de presión resultan más difíciles de percibir que las imágenes que se ven a través de un ocular, y su utilidad para pasar el rato con los demás no resulta tan obvia. Y lo que es más importante, el vacío no encontró aplicaciones inmediatas. Solo durante los últimos 150 años el vacío se ha vuelto determinante para transformar nuestra concepción de la materia y el modo en el que vivimos.


La idea aristotélica de que la "naturaleza aborrece el vacío" movería a la risa hoy en día, cuando el vacío aflora en el mundo por todas partes, desde el envasado de alimentos y los aspiradores hasta el Gran Colisionador de Hadrones. Pero en el año 1600, casi 2000 años después de que viviera Aristóteles, dominaba con rotundidad su idea de que el vacío, o espacio vacío, no podía existir. Esta idea empezó a cambiar después de una serie de experimentos revolucionarios.

Las personas que llevaron acabo los experimentemos decisivos que desafiaron lo establecido fueron los italianos Gasparo Berti, en 1640 y Evangelista Toricelli, en 1644. El experimento de Torricelli consistió en llenar con mercurio un tubo de ensayo de un metro de longitud e invertirlo dentro de un balde con más mercurio. La altura del mercurio que había dentro del tubo cayó de inmediato a 760 milímetros, lo que dejó un hueco en la parte superior que solo podía ser vacío.

Berti hizo su experimento antes y empleó agua para ello en lugar de mercurio, pero tuvo menos suerte a la hora de convencer a los filósofos naturales de la época de su interpretación. De ahí que el mérito histórico de haber "descubierto" el vacío se le atribuya por lo común a Torricelli. Y con su experimento inventó también sin saberlo el barómetro (altímetro clásico) de mercurio. Unos pocos años después, el francés Blaise Pascal efectuó la primera medición de presión usando el mecanismo de Torricelli: la columna de mercurio subía o bajaba dependiendo de la presión atmosférica (y también de la altura).

La presión como valor psico-físico

Poder detectar presiones bajas es algo complicado para la experiencia subjetiva diaria. Es mucho mas difícil concebir una presión baja que, por decir algo, una distancia pequeña. Los vacíos que nos topamos en la vida cotidiana siguen siendo cercanos a la presión atmosférica. Por ejemplo, 1 bar es la presión atmosférica que impera al nivel del mar; una aspiradora doméstica alcanza unos 750 milibares, que es la presión que habría a 2.500 metros de altura. La presión al aire libre a 10.000 metros de altura donde vuelan la mayoría de aviones comerciales rondaría los 250 milibares. Pero hasta las bombas de vacío más simples alcanzan presiones de 1 milibar.

Imaginemos un envase de leche de 1 litro de volumen (o sea, la milésima parte de un metro cúbico) lleno de aire a presión atmosférica, Una presión de 1 milibar se corresponde con la misma cantidad de aire pero distribuida en un 1 metro cúbico. Si el cubo midiera 10 metros de lado, la presión sería de 10^-3 milibares (diez elevado a menos tres), y 10^-6 milibares si el cubo fuera de 100 metros de lado, mayor que cualquier rascacielos.

Dos de las unidades más importantes para medir la presión llevan el nombre de los primero que contribuyeron a la tecnología del vacío. La columna de mercurio de Torricelli dio lugar a la unidad de presión más lógica: 1 milímetro de mercurio (mm Hg), o un Torr. Esta es la unidad de medida que se emplea en los altímetros de los norteamericanos. La unidad del SI (Sistema Internacional) para la presión es el pascal (Pa), en honor a Blaise Pascal, que fue el primero en medir la presión usando el mecanismo de Torricelli. En la aviación europea se usan los milibares (al igual que casi siempre en la industria y la ciencia), quedando el Pa del SI como una medida poco manejable.

1 milibar = 0,75 Torr = 100 Pa (o 1 hectopascal, representado como hPa).

La presión estándar en aviación es 1013 milibares (o 760 Torr) o 29,92 pulgadas de Hg. 


Altímetro mostrando en las ventanillas Kollsman las dos formas de medir la presión (Europea/Norteamericana)




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