El muelle del aire y la ley de Boyle.

Por Lorenzo Hernández • 13 abr, 2009 • Sección: Breves Historias

aalcimizm clip image008 0001 El muelle del aire y la ley de Boyle.

El barómetro de mercurio fue inventado en 1643 por Evangelista Torricelli, un matemático que estudió con Galileo en Florencia. La altura de la columna bajo presión atmosférica puede variar de un día a otro por varios centímetros de mercurio, pero se ha definido como atmósfera normal una unidad de presión igual a 101325 newtons por metro cuadrado (N·m-2). Quienes trabajan en el campo de las altas presiones usan frecuentemente el kilobar (kbar), 108 N·m-2. A bajas presiones, con frecuencia se usa el torr, que es igual a atm/760.

Robert Boyle y sus contemporáneos a menudo hablaban de la presión de un gas como el muelle del aire. Sabían que un volumen de gas se comportaba mecánicamente como un muelle. Si se le comprime en un cilindro, con un émbolo, éste retrocede (rebota) cuando se quita la fuerza sobre él. Boyle intentó explicar esta calidad del muelle del aire a base de teorías corpusculares comunes de su época. Decía así: “Imaginemos el aire como un montón de pequeños cuerpos, yacentes unos sobre otros, en forma semejante a un vellón de lana. Pues éste…consiste en muchos pelos finísimos y flexibles, cada uno de los cuales puede, como un pequeño muelle, tener todavía la facultad de estirarse de nuevo”. Dicho de otro modo, Boyle suponía que los corpúsculos de aire estaban en íntimo contacto con otros de modo que cuando se comprimía el aire se comprimía cada uno de los corpúsculos como un muelle. Esta hipótesis no es correcta.

En 1660,  Boyle publicó la primera edición de su libro New Experiments Physico-Mechanical, Touching the Spring of the Aire, and its Effects (Nuevos experimentos físico-mecánicos, tocantes al muelle del aire y sus efectos), en el cual describía las observaciones hechas con una nueva bomba de vacía que había construido. Halló que, cuando se evacuaba el aire que rodeaba al depósito del barómetro de Torricelli, la columna de mercurio bajaba. Este experimento le pareció a él que probaba de modo concluyente que la columna se mantenía por la presión del aire. No obstante, inmediatamente se publicaron dos ataques a la obra de Boyle, uno por Thomas Hobbes, el famoso filósofo político y autor de Leviatán y el otro por un devoto aristotélico, Franciscus Linus. Hobbes basó su crítica en “la imposibilidad filosófica de un vacío” (“un vacío es nada y lo que es nada no puede existir”). Linus aseguraba que la columna de mercurio se mantenía por un hilo invisible asegurado en el extremo superior del tubo. Esta teoría, decía Linus, parece muy razonable, pues cualquiera puede sentir un tirón del hilo al cubrir el extremo del tubo barométrico con el dedo.

En respuesta a estas objeciones, Boyle incluyó en la segunda edición de su libro, publicada en 1662, un apéndice en el cual describía un nuevo en importante experimento. Usó en esencia el aparato mostrado en la siguiente figura:

solflu4 El muelle del aire y la ley de Boyle.

Al agregar mercurio por el extremo abierto del tubo en forma de J, podía aumentarse la presión sobre el gas en el extremo cerrado. Boyle observó que al aumentar la presión, el volumen del gas disminuía proporcionalmente. La temperatura del gas era casi constante durante estas medidas. En términos modernos, enunciaríamos el resultado de Boyle como sigue: “A temperatura constante, el volumen de una muestra de gas varía en razón inversa de la presión”. En términos matemáticos, se escribiría P=C/V, en donde C es una constante de proporcionalidad. Esta relación es equivalente a PV=C (a temperatura constante).

La ecuación se conoce como ley de Boyle. Muchos gases la siguen muy de cerca a presiones moderadas, pero el comportamiento real de los gases puede desviarse gradualmente, en especial a presiones altas.

Fuente: Química- Física. Walter J. Moore. URMO, S.A.

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Un comentario »

  1. Brillante exposición de la ley de Boyle. Es divertido ver cómo otros grandes pensadores proponen disparates como alternativas.

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