El muntanyenc

Ciència i medi

Un experiment crucial a la muntanya

Download PDF

Publicat el 11-12-2012

Text: Montserrat Sánchez Lladó

Professora jubilada de física i química, col·laboradora en cursos i treballs d’història de la ciència i de la tècnica

 

Le Puy -de- Dôme (1.464 m) és la cota màxima del Massís Central francès. Foto: Kusak.org

Els altímetres són instruments de gran utilitat en les ascensions a la muntanya. Els altímetres baromètrics estan basats en la relació entre la pressió atmosfèrica i l’altitud.

El 1648 es va fer una ascensió al Puy-de-Dôme (1.464 m) per fer un experiment dissenyat per Blaise Pascal que tenia com a objectiu determinar la variació del valor de la pressió atmosfèrica depenent de l’altura.

En les ciències experimentals, un experiment crucial és aquell que determina de manera contundent si una hipòtesi o una teoria particular preval sobre totes les altres hipòtesis o teories acceptades àmpliament per la comunitat científica.

El Puy-de-Dôme és  un volcà quaternari del Massís Central francès, inactiu des de fa 8.500 anys. El 1648 s’hi  va dur a terme  un experiment científic que esdevindria crucial, ideat per Blaise Pascal i portat a terme per un equip encapçalat i dirigit pel cunyat de Pascal, Florin Périer.

Blaise Pascal,  matemàtic, físic, filòsof cristià i escriptor, va néixer el 1623 a Clermont, avui Clermont-Ferrand, fill d’una família culta i benestant. La mare va morir a conseqüència del part de la filla petita, Jacqueline, quan Blaise tenia 3 anys, fet que va determinar que el pare tingués cura personalment de l’educació dels tres fills, Gilberte, Blaise i Jacqueline.

Les obligacions del pare van portar la família a París i després a Rouen. Els germans tenien un  gran talent i és clar que, en la realitat social de l’època, qui va sobresortir va ser Blaise, amb una precocitat molt notable.

La vida del jove Pascal va ser plena de canvis d’actitud com a conseqüència de les seves inquietuds morals i religioses, de tal manera que el 1654, als 31 anys, abandonà les matemàtiques i la física per dedicar-se exclusivament a la teologia. Morí el 1662, a París.

Tota la vida va estar estretament lligat a les seves germanes. La seva germana Gilberte, que va escriure la primera biografia de Pascal, es va casar amb Florin Périer, qui va dur a terme l’experiment del Puy-de-Dôme.

Per copsar la importància d’aquest experiment cal fer una ullada al context històric en  què es va realitzar. El concepte discutit era l’existència del buit.

Des que Aristòtil en la seva Físicanegués la possibilitat de l’existència del buit es va acceptar, pràcticament sense discussió, fins al segle XVII, que la naturalesa tenia aversió, “horror vacui”, a la producció del buit. L’expressió “horror vacui”  va ser encunyada per explicar perquè l’aigua pujava en les bombes de succió que eren emprades ja 3.000 anys aC. Va arribar a tenir tanta força que  l’expressió “horror vacui”  continua vigent actualment en el món de l’art.

A partir del segle XVII algunes experiències científiques van començar a posar en qüestió aquesta explicació d’origen aristotèlic.

Isaac Beeckman analizant, entre el 1614 i 1616, el funcionament d’una bomba de succió, troba una explicació basada en l’existència del buit, per tant, negant l’”horror vacui”. Les seves consideracions no van ser publicades fins al 1644.

Galileu[1] havia comprovat que una bomba de succió no podia elevar aigua a més d’uns 9 m. I també va donar-ne una explicació admetent puntualment l’existència del buit.

Façana de la casa de Berti a Roma, amb l’artefacte del seu experiment

L’any 1639 Gasparo Berti començà a dissenyar un experiment per estudiar els sifons. Va fer construir un tub de plom d’uns 12 metres, fixat a la façana de casa seva a Roma, que desembocava en un recipient mig ple d’aigua.[2].

A dalt del tub hi havia segellada una esfera de vidre i es connectava amb tres aixetes S, D i B  per omplir-lo i buidar-lo. S’omplia completament des de la part superior amb l’aixeta S mantenint tancades les altres dues. En obrir l’aixeta inferior B l’aigua baixava fins a estabilitzar-se a una altura d’uns 10 metres sobre el nivell de l’aigua del recipient de desguàs.

El va omplir d’aigua i davant de testimonis, entre els quals els jesuïtes Niccolò Zucchi i Athanasius Kircher, es va evidenciar que en funcionar quedava un espai buit a la part superior del tub. Aquest experiment va donar lloc a una controvèrsia sobre si en aquell espai, que variava segons el dia, hi havia aire o bé s’hi havia generat el buit. Els resultats no  van ser divulgats fins l’any 1647.

Viviani i Torricelli, deixebles de Galileu, van experimentar amb columnes de diferents líquids de diferents densitats. El 1644, a Florència, Torricelli va usar un tub d’una mica més d’un metre, el va omplir de mercuri, el va tapar i el va girar cap per avall damunt d’un recipient mig ple de mercuri, de secció més ampla que el tub i el va destapar quan l’obertura era dins del mercuri.  El mercuri va baixar fins que la columna es va estabilizar una altura aproximada de 750 mm.

La contribució experimental de Torricelli va ser fer servir mercuri, que és 13,6 vegades més pesant que l’aigua, amb la qual cosa la longitud del tub es podia reduir a 1 metre.(il. 1,2,3)

Encara més important va ser la seva contribució teòrica, ja que va atribuir el descens i l’estabilització del mercuri al pes de l’aire, indicant que en l’espai contingut sobre la columna de mercuri hi havia el buit.

Les explicacions de Torricelli emfasitzaven dues preguntes clau:
Era efectivament el pes de l’aire el responsable del manteniment del mercuri dins el tub?
Era el buit allò què hi havia per sobre del mercuri?

Blaise Pascal coneixia els experiments Torricelli i acceptava l’existència del buit. Es va interessar en el comportament dels fluids i va investigar per tal de poder evidenciar la conjectura del pes de l‘aire. Entre altres va idear l’experiment de mesurar l’altura de la columna de mercuri a dalt d’una muntanya. Així, va demanar al seu cunyat Florin Périer, que vivia a Clermont, que comparés les altures del mercuri a la part baixa de la ciutat i al cim del Puy-de-Dôme.

[…] Es tracta de realitzar l’habitual experiment del buit diverses vegades el mateix dia, en el mateix tub i amb el mateix mercuri, però unes quantes vegades al peu d’una muntanya de com a mínim 500 o 600 toeses[3] ( entre uns  1.000 i 2.000 m)  i unes altres al cim, amb l’objectiu de comprovar si l’alçada del mercuri suspès en el tub és semblant en les dues situacions o, al contrari, si és diferent. Sens dubte ja deveu haver advertit que aquest experiment és decisiu per a la qüestió i que, si resultés que l’alçada del mercuri és menor en el cim que al peu de la muntanya (com tinc moltes raons per creure, malgrat que tots els que han reflexionat sobre el tema pensin el contrari), llavors se seguirà necessàriament que el pes i la pressió de l’aire constitueixen l’única causa de la suspensió del mercuri i no pas l’horror al buit, ja que és evident que al peu de la muntanya hi ha molt més aire amb pes que a dalt i, tanmateix, no es pot dir que la naturalesa avorreixi més el buit a sota que al cim. […][4] 

Florin Périer al cim del Puy (Ernest Board, 1877–1934, oli sobre tela, 61 x 91.8 cm,
col·lecció Wellcome Library)

El 19 de setembre del 1648,  Florin Périer acompanyat d’un grup d’observadors va pujar al cim amb els tubs i el mercuri i va deixar a la part baixa de la ciutat, al convent dels  Mínims,  un tub sota control d’un observador per anotar les possibles variacions de la columna i del temps meteorològic. (Il. 5,7)

[..]I així, amb l’altre tub i part del mateix mercuri, em vaig encaminar amb tots aquells cavallers a repetir els experiments a dalt del Puy-de-Dôme, el cim del qual es troba a unes 500 toeses per sobre del convent del Mínims: allí es va constatar que el mercuri només s’aixecava en el tub fins a una alçada de 23 polzades i 2 línies[5], mentre que abans, en els Mínims, havia arribat a les 26 polzades i 3 línies i mitja, per tant, entre ambdós experiments hi havia una diferència de 3 polzades i una línia i mitja. Vam quedar tots tan aclaparats per l’estupor i l’admiració i com que no ens en sabíem avenir, per la nostra pròpia satisfacció, vam voler repetir-lo[..]

No obstant la contundència dels fets experimentats, la polèmica sobre l’existència del buit i el pes de l’aire va continuar.

Runes del temple romà de Mercuri al cim del volcà. Foto: M. Vilaplana

Els dos tractats de Pascal, L’Équilibre des liqueurs i La pesanteur de la masse d’air, van ser publicats per Florin Périer el 1663, més d’un any després de la mort de Pascal.

L’estació meteorològica del cim del Puy. Foto: M. Vilaplana

Notes

1] Diàlegs entorn de dues noves cièncias (1632)

[2] Les il·lustracions són de Gaspar Schott, Technica curiosa, sive, Mirabilia artis, Würzburg, 1664

[3] Les unitats de  mesura emprades corresponen a les equivalències d’unitats franceses del segle XVII, toesa =1,949 m

[4] Còpia de la carta del senyor Pascal fill al senyor Périer, del 15 de novembre de 1647 (Blaise Pascal, Oeuvres Completes, Editions du Seuil, París, 1964, pàgines 221-224. Traducció de P. de la Fuente.

[5] Polzada=0,027 m; línia=0.002256 m, la diferència és d’uns 81 mm de mercuri

Bibliografia

  1. L’Équilibre des liqueurs et La pesanteur de la masse d’air  http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k577191/f9.image
  2. Ribas Massana, Albert. Biografía del vacío. Sunya, 2008
  3. http://books.google.es/books?id=9ETyg_uzAAAC&pg=PA103&lpg=PA103&dq=el+problema+del+vacio+en+el+siglo+XVII&source=bl&ots=
  4.  Lettre de Monsieur Périer a Monsieur Pascal le Jeune (1648) http://lycee.blaisepascal.fr/animation/culturelles/cult_08_09/trace/lettre2.html
  5. Festa, Egidio.Torricelli, Pascal y el problema del vacío http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/3/Usrn/fundoro/archivos%20adjuntos/publicaciones/actas/13_14/conferencias/egidio_festa.pdf
  6. Pensées de Pascal, précédées de sa vie, par Mme. Périer, sa soeur, suivies…. http://books.google.es/books/about/Pens%C3%A9es_de_Pascal_pr%C3%A9c%C3%A9d%C3%A9es_de_sa_vi.html?id=r5g8AAAAcAAJ&redir_esc=y
  7. Animació de l’experiment de Torricelli http://ungaretti.racine.ra.it/SeT/macvapor/torriani.html
  8. Animació de l’experiment de  Berti http://www.youtube.com/watch?v=QaPQneJgwbw
  9. Enllaç a BRGM http://www2.brgm.fr/volcan/massif_centra.htm
  10. http://www.parc-volcans-auvergne.com/php/connaitre/parc/parc.php4
  11. http://www.parc-volcans-auvergne.com/uploads/puy_de_science/charte_rapport.pdf

[

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà.

Subscriu-te a nostre emailing:

Email:



LA FOTOGRAFIA
  • Es bosc des desitjos que mai es varen complir
  • Aquelles velles sabates
  • Morir d’èxit
  • Moviment Continu
  • Monte Rosa
  • Un ocell anomenat món
  • Dona i pelegrins. Ajmer (Índia).
  • Verticalitat eterna.
  • Als Antípodes IV: Glenorchy
  • Als Antípodes III:  Parc Nacional de Springbrook
  • Als Antípodes II: Christchurch
  • Als antípodes I: Brisbane, Queen Street. Austràlia
  • Volar el camí
  • Paciència