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1. Los diez experimentos más bellos de la Física
Manuela de la Corte, El Mundo, Granada (España), noviembre 8 de
2014
Han sido indispensables para la Física actual, experimentos que por
su sencillez resultan ser los más bellos de la historia según la
encuesta que realizó Robert Crease en 2002. El catedrático Miguel
Cabrerizo los recrea en su Departamento de Física Aplicada de la
Universidad de Granada. Todos caben en un laboratorio de pocos
metros cuadrados porque su grandeza -algunos han sido
fundamentales para medir la circunferencia de la Tierra, deducir el
movimiento gravitatorio de los planetas o demostrar que algo existe
aunque no podamos verlo- radica en que cambiaron la mentalidad
científica de hace cientos de años con muchísima inteligencia y muy
pocos recursos.
A Galileo, Eratóstenes y Newton les bastaron elementos tan simples
como las tripas de gato (un material que se utilizó para hacer cuerdas
de guitarra), una simple varilla o un juguete popular allá por el siglo
XVII, el prisma, para cambiar la visión del mundo.
1. La interferencia de la luz (Young, 1801)
Médico, científico y matemático, a Thomas Young además de los
jeroglíficos egipcios le obsesionó demostrar la naturaleza ondulatoria
de la luz. Para este experimento sólo necesitó una fuente de luz y dos
rendijas. La sombra que deja un haz de luz a través de una rendija
reproduce la forma de la rendija aunque con un borde difuso por la
difracción de la luz (desviación del rayo luminoso al rozar el borde de
un cuerpo opaco). Lo mismo ocurrirá a través de una segunda rendija
si la tapamos con un dedo. Sin embargo, si son dos las rendijas
abiertas, la sombra resultante es un patrón de zonas brillantes y
oscuras por la interferencia entre las ondas.

2. 2. La difracción del electrón en una doble rendija (Jönsson, 1961)
Claus Jönsson repitió el experimento de Young cambiando la luz por
un haz de electrones. ¿Podía comportarse una partícula como una
onda de luz? Si se lanzan partículas de una en una a través de una
rendija se formará una mancha semejante a su sombra. Lo mismo
ocurrirá con una segunda rendija muy cercana a la primera. Pero al
abrirse las dos, lo que se observa no es la superposición de dos
manchas, sino otro patrón de interferencias como ocurría con la luz. La
explicación es que la partícula se comporta también como un paquete
de densidad de probabilidad que puede pasar por las dos rendijas a la
vez y que interacciona consigo misma. Este efecto obedece a las
leyes de la mecánica cuántica y está considerado como el más bello
de todos los experimentos en la encuesta de Crease.
3. La descomposición de la luz solar (Newton, 1665)
Basado en el principio del arco iris, donde las gotas de agua
suspendidas en el aire hacen las veces de prismas esféricos, Isaac
Newton utilizó un prisma de vidrio, preparó una habitación a oscuras
donde entraba por un agujero de la ventana un único rayo de luz solar,
colocó el prisma delante del rayo de modo que se reflejara en la pared
opuesta, a 7 metros, y consiguió que en la pared apareciesen los
colores del arco iris. Al hacer pasar la luz por un prisma de cristal, las
distintas longitudes que componen el haz de luz viajan dentro de él a
diferente velocidad y se curvan al entrar y al salir dando como
resultado un haz desviado de la dirección inicial y con sus
componentes separados.
4. La torre de Pisa (Galileo, siglo XVII)
Dice la leyenda que Galileo subió a lo alto de la torre de Pisa y dejó
caer dos objetos, de diferente forma, tamaño y masa. Pero el científico
despreció el efecto viscoso del aire. La aceleración de la gravedad,
como cualquier otra aceleración, es independiente de la masa (inercia)
y la gravedad no es la única fuerza que actúa sobre un cuerpo en
caída libre. Existe otra fuerza que se opone a la caída, y es el
rozamiento del aire. Lo que demostró Galileo es que en todos los
cuerpos la aceleración de la gravedad es igual sin importar su peso.

3. 5. La gota de aceite (Millikan, 1909)
El estadounidense Robert A. Millikan demostró en su experimento de
la gota de aceite que los electrones poseen una carga eléctrica
definida y además consiguió medirla. Usando un atomizador de
perfume desparramó gotitas de aceite dentro de una cámara
transparente. Basta dispersar un aerosol cargado negativamente en
aire y someterlo a una diferencia de potencial que puede cambiar de
signo. Observando la velocidad terminal de las gotitas del aerosol se
puede medir la carga de cada gota. Esto permitió observar que todas
esas cargas (no nulas) eran múltiplos enteros de otra.
6. La balanza de torsión (Cavendish, 1798)
El físico y químico británico demostró que la escala no importa y
determinó que la densidad de la Tierra era 5,45 veces mayor que la
densidad del agua, hoy en día se sabe que es sólo un poco mayor
(5,5268 veces). La constante universal de gravitación permite predecir
el movimiento planetario, el de las galaxias, el de una manzana en
caída libre en la Tierra o en cualquier otro planeta. Por ello se puede
medir a escala de laboratorio, midiendo la fuerza gravitatoria entre dos
objetos de masas conocidas y a distancias conocidas. Ya que esta
fuerza es muy pequeña, debe utilizarse un instrumento con
sensibilidad suficiente como una balanza de torsión equilibrada, donde
las fuerzas se traducen en desplazamientos angulares.
7. El plano inclinado (Galileo, siglo XVII)
Galileo no tenía cronómetros ni fotodetectores pero sí un buen sentido
del ritmo. Un objeto móvil describiendo un movimiento rectilíneo
uniformemente acelerado con una velocidad inicial nula debe recorrer
una distancia proporcional al cuadrado del tiempo, siendo la constante
de proporcionalidad la aceleración dividida por dos. Usó un plano
inclinado con el que regulaba el tiempo de caída total de una esfera.

4. Galileo observó que los espacios recorridos rítmicamente (usó tripas
secas de gatos como topes) seguían una sucesión impar (1d, 3d, 5d,
7d...) de manera que la distancia total era igual al número de tramos
recorridos al cuadrado (1d+3d+5d+7d= 16d= 4²d= d(t/t0)²= a t²), lo que
se traduce en que el espacio recorrido es directamente proporcional al
cuadrado del tiempo. A esto Galileo le llamó la ley de los números
impares.
8. El descubrimiento del núcleo (Rutherford, 1911)
Mientras se debatía el modelo atómico, Rutherford decidió
bombardear con partículas alfa (con carga +2e y a alta velocidad) una
delgadísima lámina de oro (red cristalina de átomos). Lo esperable,
según el modelo atómico de Thomson, es que todas las partículas alfa
atravesaran la red de átomos bien por pasar entre ellos o a través de
ellos. Pero, unas pocas partículas se desviaban significativamente de
su dirección de incidencia, incluso rebotando hacia atrás,
retrodispersándose. Una vez descartado cualquier artificio
experimental, la única explicación posible es que dentro del átomo
debe haber algo que repele fuertemente las partículas alfa.
Conociendo cómo se dispersan las partículas alfa es posible medir el
radio de ese misterioso objeto: el núcleo atómico (con carga +Ze). Hay
que saber que un núcleo en un átomo es como una canica en el centro
de un campo de fútbol.
9. El péndulo de Foucault (Foucault, 1851)
Dentro de un vagón de tren, si se observa que un péndulo,
inicialmente en reposo, se desplaza misteriosamente hacia atrás, el
tren estará acelerando. Si se desplaza hacia delante, estará frenando,
y si se desplaza hacia un lado, estará tomando una curva con una
concavidad contraria hacia donde se inclina el péndulo. En estos
términos, Foucault decidió utilizar un péndulo simple en oscilación
para demostrar que la Tierra gira, incluso pudiendo medir en qué
latitud se realiza el experimento (incluso hemisferio), sabiendo la
velocidad de giro de la Tierra sobre su propio eje.

5. 10. La medición de la circunferencia terrestre (Eratóstenes, siglo
III a.C.)
Con sólo algo de trigonometría, en el siglo III a.C. un astrónomo, poeta
y filósofo griego logró medir el radio de la Tierra con bastante
precisión. En el solsticio de verano los rayos solares inciden
perpendicularmente sobre el Trópico de Cáncer, donde se encuentra
Siena (Asuán). En Alejandría, más al norte, Eratóstenes midió la altura
de una varilla y la longitud de su sombra proyectada, con lo cual se
puede determinar el ángulo formado con el plano de la eclíptica, en el
que se encuentran el Sol y la ciudad de Siena. Este ángulo es la
diferencia de latitud entre ambas ciudades. Conocida ésta se mide el
arco de circunferencia (aproximadamente 7,2º) y se extrapola el
resultado a la circunferencia completa (360º). Sabiendo que entre
Siena y Alejandría había unos 500 estadios y que ambas están
aproximadamente en el mismo meridiano, el resultado daba una
medida para la circunferencia terrestre de 39.614,4 kilómetros, frente a
los 40.008 considerados en la actualidad, esto es, un error de menos
del 1%.