17 PESANDO A LA TIERRA

22 NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD (I)

23 NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD (II)

Establecida, la ley de gravitación universal por Newton, todos sus cálculos estaban basados en la atracción relativa entre objetos de masas diferentes. El valor que permitiría establecer la fuerza absoluta de la gravedad, la constante gravitatoria, era desconocido. Un siglo después de la publicación de los Principia de Newton, todavía quedaba sin realizar un experimento sugerido en el libro: si se suspendía una plomada junto a una montaña, la gravedad de la montaña la empujaría ligeramente fuera de la vertical, y la desviación podría ser lo bastante grande que permitiría calcular las masas relativas de la montaña y de la Tierra. Y si la masa de la montaña podía ser estimada, entonces sería posible llegar hasta el valor de la masa de la Tierra y, por consiguiente, a la constante de la gravitación. El propósito de determinar la densidad terrestre era requerida en la astronomía del siglo XVIII, puesto que, una vez conocida, se podrían encontrar las densidades de la Luna, el Sol y el resto de los planetas.

El problema era encontrar una montaña adecuada, así la Royal Society se lanzó a buscar una montaña conveniente en 1772, en las highlands escocesa, encargando para ello a Charles Mason y Charles Hutton, para ejecutar la experiencia; junto a Henry Cavendish, que no participó finalmente en los experimentos, del llamado “comité de la atracción”. El cálculo sólo había sido posible basándose en suposiciones sobre la forma de la montaña y en el tipo de roca que la componía.

En 1798 Henry Cavendish se replanteo el problema de estimar la densidad de la Tierra. Era ya conocido por sus aportes en la química de gases y en la electricidad, y a sazón pertenecía a la Royal Society, a la que perteneció también su difunto padre, Lord Charles Cavendish, prestigioso meteorólogo que fuera director del Museo Británico.

John Michell, propuso medir la densidad de la Tierra mediante una balanza de torsión pero murió en 1793 antes de completarla, y el instrumento llegó a manos de Cavendish; quien lo reconstruyó, realizando varios experimentos muy cuidadosos y sus informes aparecieron publicados en 1798, en 57 páginas de Philosophical Transactions, dedicadas en su mayoría a eliminación de posibles fuentes de error en la medida. Y todo esto cuando contaba con 67 años.

. El instrumento reconstruido por Cavendish Consistía en dos esferas metálicas, de plomo de unos 175 kg cada, suspendidas de un caballete de acero y separadas 1,8 metros; además de dos bolas más pequeñas de 5 centímetros diámetro, suspendidas cerca de las primeras y conectadas entre sí por un fino cable de cobre. Estaba diseñado para medir el movimiento de torsión creado en el alambre por la atracción gravitatoria que ejercían las bolas más grandes sobre las más pequeñas mientras se movían sobre unas poleas que las mantenían suspendidas. Para impedir perturbaciones causadas por corrientes de aire, Cavendish emplazó su balanza en una habitación a prueba de viento y midió la pequeña torsión de la balanza utilizando un microscopio. Finalmente propuso que la densidad de la Tierra era de 5,48 veces la densidad del agua, dentro del 1 % de error que se acepta hoy día. Y con ello fue posible, años después de la muerte de Cavendish, estimar el valor de la Constante de Gravitación Universal, empleando su método y finalmente, todo el sistema solar había sido pesado y medido.

A principios del siglo XIX, Cavendish probablemente era el hombre más rico de toda Inglaterra, pero vivía muy humildemente. En cierta ocasión, su banquero le comentó que poseía en su cuenta corriente el equivalente a 7 millones de euros, y le instó a invertirlo para conseguir mayor interés, Cavendish le respondió que si volvía a molestarlo, se llevaría su dinero a otro banco. Hizo construir una escalera posterior en su casa a fin de entrar y salir sin ser visto por su servidumbre. Misógino, introvertido y ermitaño al extremo de comunicarse con sus sirvientes solo por notas escritas. Su ambición era saber, no ejercer de sabio, no le preocupaba la fama, sólo publicó veinte artículos y ningún libro por lo que muchos de sus descubrimientos no se conocieron hasta después de su muerte. Henry Cavendish fue el más rico de todos los sabios y el más sabio de todos los ricos.

Se desconoce cuándo se observaron por vez primera los fenómenos de la Electricidad. Según parece fue Tales de Mileto quien refiere la observación, por allá en el siglo VI a.C., de que el ámbar (resina fósil) podía atraer otros cuerpos si previamente se le frotaba con un paño. Quizá por ello la propia palabra electricidad deriva del latín moderno electrius, que significa fenómeno producido por la fricción del ámbar, o mejor: del latín antiguo electrum que significa ambar y también aleación de oro y plata. La etimología de la palabra nos refiere a elektron, vocablo griego del mismo significado y relacionado, según los entendidos, con otra raíz lingüística que se relaciona con la idea de brillo y/o resplandor.

El estudio moderno de la electricidad tiene su origen en la “máquina” ideada por Otto von Guericke en 1660, la cual generaba electricidad estática por fricción de una esfera de azufre entre cojinetes de lana. Este dispositivo pasó inadvertido por sus contemporáneos hasta que se publicó la obra de Charles Du Fay, quien advierte la existencia de dos “fluidos” eléctricos resinosa y vítrea (hoy diríamos, como las denominó Benjamín Franklin, dos tipos de carga eléctrica: “positiva” y “negativa”). En 1791 Luigi Galvani, a la sazón médico de la Universidad de Bolónia, publica su obra De Viribus Electricitatis, sobre sus experimentos, ya bien conocidos, de la contracción de los músculos de una rana muerta al ser sometidas a pequeñas descargas eléctricas.

Ya en 1745 la electricidad motivaba a un sin fin de experimentos sensacionalistas. El pastor von Kleist, ideó la forma de almacenar la carga eléctrica en una botella de vidrio con un corcho atravesado por un clavo de cobre, la cual se cargaba por contacto con la máquina de von Guericke. Este experimento fue perfeccionado por Pieter van Musschenbroek, profesor de la Universidad de Leyden. El paroxismo llego a tal que el abad Nollet realizó algunas demostraciones de la conducción eléctrica a través de enormes filas humanas: en un caso con 180 guardias reales y en otro haciendo pasar una corriente de electricidad estática entre 700 monjas tomadas de la mano.

La relación de la electricidad con los metales: el clavo de la botella de Leyden, y la varilla de metal con la que Galvani accionaba la pata de la rana, le sugirió a Alessandro Volta que estos fenómenos eran inherentes al comportamiento de la materia. Volta fue antes que nada un autodidacta, su descubrimiento del metano en 1776 y el diseño del eudímetro, además del Eléctrósfo que ilustra la fotografía, le valieron la designación a la cátedra de Física en Pavía. Luego ideó la pila, demostrando que las atracciones químicas y eléctricas son de la misma naturaleza. Ya en 1785 se le nombra rector de dicha Universidad y en 1801 Napoleón Bonaparte le invita a la academia de Ciencias de París para presenciar en persona sus experimentos donde una serie alternada de placas de zinc, de plata y de esparadrapo imbuido en sales iónicas generaban electricidad como la botella de Leyden. La batería de los autos modernos es, en esencia, la “pila” inventada por Volta. A los 67 años deseaba retirarse de la vida académica y presentó su dimisión, la cual fue rechazada por Napoleón quien sentenció: “que si las actividades académicas le causaban fatiga debe reducirlas, que no se le obligue a dictar mas de un curso al año, que un sabio tan ilustre es como un General...y que un buen General debe morir en el campo de batalla”. Así el Conde Alessandro Volta siguió dictando cátedras en Pavía hasta su muerte a los 82 años de edad.

La electricidad o manifestación de la carga eléctrica, es un término con el que se suele designar específicamente a los fenómenos asociados a la carga eléctrica. ¿Que es en suma la electricidad?, esta pregunta se la formularon Galvanni, Volta, Faraday y Franklin, entre otros, durante los siglos XVIII y XIX. Los experimentos de Volta, de la generación de electricidad por medio de metales y sales (electrolitos), evidenciaron que la electricidad era un fenómeno inherente a la constitución misma de la materia. En principio se pensó que la electricidad era una suerte de fluido y los primeros experimentos del siglo XVII ya evidenciaban que existían al menos dos tipos: cargas “vítrea” y “resinosa”; términos acuñados por Charles Du Fay.

Fue Benjamín Franklin en su obra publicada en Filadelfia en 1749, “Opiniones y conjeturas sobre las propiedades y los efectos de la electricidad”, que las bautizaría con el nombre de cargas positivas y negativas; en el sentido de poseer o no un determinado atributo en la materia objeto de los fenómenos eléctricos. Bien entrado el siglo XVIII, Cavendish y Charles Augustin Coulomb realizaron, respectivamente, los aportes más significativos con el objeto de cuantificar las leyes de la electricidad, midiendo la carga eléctrica y formulando la ley que rige dichas interacciones.

Franklin es quizá él más popular de los científicos que contribuyeron a la comprensión de la electricidad, quizá por ser tan prolífero en sus actividades: librero, educador, jurisconsulto, diplomático, prócer norteamericano, y figura obligada en los actuales billetes de 100 dólares. Quizá también por su experimento con la cometa o “papagallo” que hizo volar en medio de una tormenta para demostrar el carácter eléctrico de los rayos. Experimento que le resultó fatal a su contemporáneo Georg Rochmann, profesor de Historia Natural en San Petersburgo, al intentar repetir dicha experiencia. El paroxismo por los rayos y la electricidad fue tal, que incluso se expendían paraguas con un cable “a tierra”, como en el grabado que encabeza estas líneas.

Con el desarrollo de la teoría atómica, a comienzos del pasado siglo, se estableció que los fenómenos e interacciones químicas son, esencialmente, consecuencia de la interacción eléctrica. Las fuerzas nucleares (llamadas “Fuerte” y “Débil”) y la fuerza de gravitación, prácticamente no participan en los fenómenos químicos y menos aún en las interacciones entre los seres vivos. La carga eléctrica es en sí, desde la perspectiva del mundo humano, la interacción más importante.

Es difícil admitir que la pregunta: ¿qué es la carga eléctrica?, carece aún de respuesta en su aspecto más fundamental, como no sea el afirmar crudamente que la “carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia”, en forma análoga a la propiedad que llamamos “masa” o a cualquier otro conjunto de atributos con los cuales suelen caracterizarse a las llamadas partículas elementales o “bloques” constitutivos de los átomos. Hoy sabemos también que el magnetismo, o la fuerza magnética, no es mas que la manifestación del movimiento de las cargas eléctricas.

Las leyes que prescriben los fenómenos eléctricos, vale decir las formas como interactúa la materia y/o la radiación a través de su propiedad de carga eléctrica son bien conocidas hoy día. Los avances en electrónica y en radiocomunicaciones nos dan la sensación, un tanto ilusoria tal vez, sobre el “conocimiento” que tenemos de la electricidad. Debe destacarse, sin embargo que la conceptualización última de las fuerzas de la naturaleza aún está lejos de completarse.