Curso de física elemental y nociones de química

Máximo Fuertes Acevedo

NOTA

Hemos creído de importancia indicar la etimología de las palabras, en su mayor parte de origen griego, que forman el tecnicismo de la Física y la Química: pero como los alumnos para quienes esta obra se ha escrito, no conocen el griego, sería perfectamente inútil poner esa etimología con caracteres griegos, por lo cual la escribimos en castellano tal como se pronuncia en aquel idioma.

LECCIÓN PRIMERA PRELIMINAR. Física. -Naturaleza. -Materia. -Cuerpo. -Moléculas y Átomos. -Atracción y repulsión. -Estado de los cuerpos. -Fenómeno físico. -Causas de los fenómenos. -Ley, teoría e hipótesis. -Métodos seguidos en el estudio de la Física.

1. Física. -La palabra Física (de origen griego phisis) significa naturaleza; así en lo antiguo se entendía por Física el estudio y examen de toda la naturaleza¹. En el día, merced al gran desarrollo y extensión que ha alcanzado esta ciencia, hubo necesidad de limitar el círculo de sus conocimientos y sin perder la importancia que siempre ha tenido y tiene en la actualidad, pues a ella se deben los más grandes descubrimientos y las invenciones más maravillosas de los tiempos modernos, el objeto hoy de la Física, es el estudio de las propiedades generales que presentan los cuerpos y de, los fenómenos que en ellos se verifican, sin que su naturaleza se altere, cambie o varíe. Si al producirse un fenómeno en un cuerpo, la naturaleza de este varía o cambia, su estudio corresponde a la Química.

2. Naturaleza. -Varias son las acepciones en que se toma la palabra naturaleza: 1.ª Como el conjunto de todo lo creado; en la naturaleza todo está dispuesto con número, peso y medida; 2.ª Como el Autor de todo cuanto existe, es decir, Dios; el poder de la Naturaleza se manifiesta lo mismo en las grandes creaciones, que en los seres más diminutos; 3.ª Como sinónimo de la Tierra; la naturaleza en las regiones intertropicales se presenta vigorosa y espléndida; y 4.ª Como el modo de ser o la esencia de los cuerpos; la naturaleza del hierro, la naturaleza del diamante.

3. Materia. Cuerpo. -Llámase materia todo lo que afecta a alguno de nuestros sentidos, principalmente al del tacto. Cuerpo la porción de materia limitada. Los cuerpos son simples o elementales si constan de una sola clase de materia, idéntica en todas sus partes, como el hierro, el cobre, la plata, etc. y compuestos si están formados de dos o más clases de materia, diferente o heterogénea; la cal, el agua, la cera, etc. Las partes pequeñísimas de que se componen los cuerpos se llaman moléculas y átomos, expresiones que a veces se toman en el mismo sentido: sin embargo, como veremos en Química, el átomo según su significación, es indivisible y por lo mismo es la última división que se puede hacer de un cuerpo.

Las moléculas se las considera tan infinitamente pequeñas, que está calculado que un cubito de agua, cuyo lado mida una milésima de milímetro está formado por más de doscientos veinticinco mil millones de moléculas.

4. Atracción y repulsión. -Hay una fuerza esparcida por todo el universo, en virtud de la cual los cuerpos o sus moléculas tienden a acercarse; esta fuerza es la atracción (21); pero con frecuencia la atracción se halla contrarrestada por otra fuerza opuesta y contraria, la repulsión, que obliga a las partes de la materia a separarse. Estas dos fuerzas, obrando sobre los cuerpos, producen los estados de los mismos.

5. Estados de los cuerpos.-Tres son los principales que presentan los cuerpos; sólido, líquido y gaseoso. Llámanse cuerpos sólidos todos aquellos que, como las piedras, los metales y las maderas, tienen forma determinada, regular o irregular, se les puede coger y en ellos la atracción predomina sobre la repulsión. Cuerpos líquidos, los que como el agua y el azogue, en pequeñas porciones, tienen una forma esférica (las gotas de rocío, el mercurio dividido) pero en masas mayores afectan la de las vasijas que los contienen; gozan de una gran movilidad y en ellos la atracción no supera tanto a la repulsión; y cuerpos gaseosos aeriformes o vapores, los que como el aire, por regla general son invisibles, sus moléculas están en un continuo estado de repulsión; y en ellos la atracción es aún más débil que en los líquidos. Los cuerpos líquidos y gaseosos se conocen con la denominación de fluidos. Todos los gases pueden dejar su estado y convertirse en líquidos y estos a su vez en sólidos, cuando se les somete a fuertes presiones que acercando sus moléculas, aumentan la atracción. Además de estos estados puede considerarse otro, intermedio entre el líquido y gaseoso, o sea el estado vexicular, las nubes por ejemplo.

6. Fenómeno. -Tiene esta palabra dos acepciones: una vulgar por la que significa lo que es contrario a lo establecido por la naturaleza, y otra científica o sea cualquiera cambio o mutación que experimente un cuerpo o sus moléculas. Si el cambio sufrido por el cuerpo llega a alterar su naturaleza trasformándole en otro cuerpo, el fenómeno es entonces químico: así si frota un pedazo de azufre contra un paño y se acerca después de frotado, a cuerpos ligeros como pedacitos de papel, se observa que los atrae: éste es un fenómeno físico, porque el azufre, aunque por el frotamiento se le ha colocado en condiciones de producir un fenómeno, no ha cambiado de naturaleza; pero si este mismo cuerpo se coloca en la llama de una bujía, se verá que arde y se trasforma en una materia gaseosa de olor fuerte y sofocante; el azufre cambió entonces de naturaleza y el fenómeno es químico.

7. Causas de los fenómenos. -Los fenómenos físicos, únicos de que nos ocuparemos ahora, son numerosísimos: la lluvia, el rayo, el arco iris, la imagen que se pinta en un espejo, un cuerpo que cae o desciende, el sonido y otros muchos hechos que se observan en la naturaleza, son otros tantos fenómenos; pero a pesar de este número tan considerable, las causas productoras de los fenómenos son muy limitadas y aunque aún hoy se admiten cinco, la atracción, el calórico, el lumínico, el magnetismo y la electricidad, que se comprenden bajo la denominación genérica de fuerzas, agentes o fluidos incoercibles (que no se pueden sujetar) o imponderables, (que no tienen peso) la tendencia de la Física, en la actualidad, es no considerar más que una causa única de todos los fenómenos, siendo esos agentes como manifestaciones de una sola y única fuerza. Más adelante (231 -Nota) veremos los motivos en que apoya esta opinión la ciencia moderna.

8. Ley Teoría. Hipótesis. -Ley física es la relación que existe entre un fenómeno y la causa que le produce. Muchas veces la ley física se expresa de un modo matemático, dándole así cierto carácter axiomático; cuando decimos la intensidad del sonido está en razón inversa del cuadrado de la distancia, establecemos la relación entre la producción del sonido y la causa de su mayor o menor fuerza que disminuye con la distancia, en la proporción que indica el enunciado.

El conjunto de leyes relativas a un mismo orden de fenómenos se llama teoría, si bien esta palabra se aplica a veces a un solo fenómeno, por ejemplo la teoría del rocío, la teoría del rayo. Hemos dicho que se admiten como causas de los fenómenos, los fluidos incoercibles o imponderables, y aunque se conocen bien los efectos que estos producen en la materia de los cuerpos, la naturaleza de estos agentes nos es completamente desconocida; mas para explicar su modo de obrar y los hechos que originan, se han ideado las hipótesis, es decir, la suposición de un hecho, como cierto, que permita explicar satisfactoriamente un fenómeno o una serie de fenómenos. En otro lugar (231) hablaremos de las hipótesis más admitidas en Física.

9 Métodos seguidos en el estudio de la Física. -Los métodos seguidos en todos tiempos para el mejor conocimiento de los fenómenos físicos y las leyes bajo las cuales se manifiestan, eran consecuencia de las doctrinas y sistemas dominantes en cada época. El más antiguo evidentemente y el que prevaleció durante largo tiempo, es el del raciocinio o la aplicación de la sola razón al examen y demostración de los fenómenos de la naturaleza: sistema completamente estéril y de escaso resultado práctico, si la razón al obrar sola se aparta de la experiencia. El método experimental, que consiste en la reproducción, por medio de aparatos e instrumentos a propósito, de los fenómenos que se verifican en la naturaleza, seguido aisladamente, tampoco ha dado grandes resultados en los progresos de la Física. No así en los tiempos modernos, en que, unida a la experiencia la demostración científica de los fenómenos observados o experimentados, y deduciendo de su análisis diversidad de hechos para reunirlos o sintetizarlos, han dado a la Física, un carácter eminentemente filosófico de la más alta importancia. Pues si la razón pura ha podido realizar la más grande de las concepciones de la inteligencia humana, con el fundamento y desarrollo del cálculo matemático, en cambio, no ha hecho en los tiempos antiguos, con relación a la Física, más que idear hipótesis y sistemas, para intentar explicar y demostrar los fenómenos naturales. Es verdad que las hipótesis cuando tienen un fundamento racional y no se apoyan en conjeturas inverosímiles y tal como se plantean en la actualidad, revisten un gran interés; pero no bastan ellas solas para conocer los hechos y demostrarlos, si la experiencia no las sanciona y sobre todo el análisis matemático no las confirma. He aquí porqué las hipótesis modernas reconocen tan sólido fundamento; por que se apoyan en la razón y en la experiencia, y el cálculo las comprueba.

La Física moderna al buscar la relación entre todas las leyes más o menos empíricas, que presiden a la gran variedad de fenómenos, para llegar a la unidad, no rechaza ningún método, ni el del raciocinio, ni el de la observación, ni el de la experiencia, si con cualquiera de ellos puede llegar al conocimiento perfecto de un hecho o de una ley física; pero da la preferencia al método matemático, merced al que la ciencia ha progresado maravillosamente. Más adelante tendremos ocasión de ver (211) la importancia y necesidad de la Mecánica racional en la demostración de todos los fenómenos físicos.

LECCIÓN 2.ª Propiedades de los cuerpos. -Extensión. -Impenetrabilidad. -Porosidad. -Volumen real y aparente. -Compresibilidad.

10. Propiedades de los cuerpos. -Llámanse propiedades físicas, las impresiones que los cuerpos en sus diferentes estados producen en nuestros sentidos y que referimos a los mismos cuerpos. Estas propiedades son esenciales, generales y particulares. Las esenciales corresponden a todos los cuerpos y es de esencia que las tengan, no pudiendo existir sin ellas: las generales pertenecen también a todos los cuerpos, pero se concibe que pudieran existir sin ellas, y las particulares son propias de determinados cuerpos o de formas especiales de los mismos. Entre las primeras figuran la extensión y la impenetrabilidad y aun pudiéramos añadir la divisibilidad. De estas propiedades unas corresponden sólo a la materia, como la impenetrabilidad, otras que son exclusivas de los cuerpos y no de la materia, como la porosidad, divisibilidad, compresibilidad etc., y por último las que son comunes a la materia y a los cuerpos como la extensión.

11. Extensión. -Se entiende por extensión el espacio limitado ocupado por un cuerpo que es lo que forma su volumen. El estudio de la extensión corresponde a la Geometría, pero la Física da medios de medir con toda exactitud las extensiones más pequeñas, cosa importantísima en multitud de casos. Esa medida se refiere en lo general a la extensión de una dimensión o sea la longitud, ya de una línea recta ya curva. Para apreciar esa extensión se hace preciso tener otra que sirva de unidad o término de comparación, cuya longitud arbitraria ha sido muy diferente en lo antiguo, en los diversos pueblos y naciones: España tenía la vara, Inglaterra la yarda, Prusia la loesa; pero en el sistema moderno o métrico-decimal, aceptado hoy en casi todas partes, figura el metro como unidad fundamental de todo el sistema y principal de las medidas de longitud². La última división establecida en el metro es el milímetro; pero como con frecuencia ocurre medir extensiones mucho más pequeñas que el milímetro, se han construido para estos casos diversos instrumentos conocidos con los nombres de Vernier, fornillo micrométrico, esferómetro y otros varios: sólo nos ocuparemos del primero por ser el más usado. El Vernier, llamado así del apellido de su inventor o perfeccionador³ consta de dos reglas (fig. 1ª), una fija A B dividida en partes iguales, milímetros por ejemplo, y otra C D movible lateralmente sobre la primera, que es el verdadero Vernier: esta regla o Vernier tiene señalada una extensión longitudinal igual a nueve divisiones de la regla mayor, pero dividida en diez partes iguales, de modo que cada una de las divisiones del Vernier es un décimo más pequeña que las de la regla fija o cada una vale nueve décimos de las de la regla mayor. Veamos el manejo, que es muy fácil, de este sencillo instrumento. Se aplica la regla mayor y fija A B al objeto cuya longitud se quiere determinar, de manera que el cero de esta escala coincida con uno de los extremos M del cuerpo; y si el otro extremo N no corresponde exactamente con una división, entonces se hace uso del Vernier. Supongamos que el extremo N se halla entre la 6.ª y la 7.ª división, esto indicará que el cuerpo tiene 6 milímetros y una fracción; entonces se aplica el cero de la escala Vernier al extremo N del cuerpo y se observa en que punto coinciden o se aproximan más dos divisiones del Vernier y de la regla fija, que en nuestro ejemplo es en la 4.ª, tendremos que el cuerpo tiene de longitud 6 mm y 4 décimos de milímetro. Si en vez de fijar en la regla menor o Vernier nueve divisiones de la grande, se hubiesen tomado 19, 29, 39 etc. y se hubiesen dividido respectivamente en 20, 30, 40... partes iguales, se podría apreciar un vigésimo, un trigésimo etc. de milímetro. Cuando el Vernier se aplica para medir arcos de círculo, en fracciones de grado o de minuto, entonces toma más particularmente el nombre de nonius de su inventor⁴.

12. Impenetrabilidad. -La propiedad esencial en virtud de la que dos porciones de materia no pueden ocupar a la vez un mismo sitio del espacio, recibe el nombre de impenetrabilidad. Si esta propiedad no corresponde a los cuerpos, es decir, si estos se penetran es a causa de que sus moléculas no se tocan por todos sus puntos, sino que dejan entre sí espacios mayores o menores en los cuales puede penetrar otro cuerpo; así si el agua o la infusión de café penetran en un terrón de azúcar, es por los espacios o huecos (poros) que ésta tiene; de lo cual se deduce que un cuerpo será tanto más penetrable cuantos mayores espacios tenga en su masa; por eso los metales cuyas moléculas están muy unidas y ofrecen pequeñísimos intersticios, se dejan penetrar difícilmente; en cambio, las maderas, cuyas moléculas están más separadas, gozan de una gran penetrabilidad; en ellas se puede introducir fácilmente un objeto, un clavo por ejemplo. Si pues, los cuerpos careciesen en absoluto de espacios en su interior, serían perfectamente impenetrables; y si esto se observa en los sólidos y líquidos que en muchos casos se consideran impenetrables, también se cumple esta propiedad entre los líquidos y los gases. Colóquese un vaso boca abajo dentro del agua y se observará que el líquido no llega al fondo de aquel por impedírselo el aire que hay dentro del vaso. En esta propiedad estriban muchas e importantes aplicaciones, como el medio que se emplea en Química para trasvasar los gases de una vasija que contenga el gas a otra llena de agua o de mercurio; y la campana de buzar, aplicación ingeniosa y utilísima del sencillo experimento que acabamos de referir, merced a la cual, uno o más hombres (buzos) colocados dentro de un gran vaso o campana de madera, convenientemente dispuesta y que se hace descender al mar desde un buque, pueden bajar hasta su fondo para examinar el suelo y recoger objetos sumergidos.

13 Porosidad. -Dejamos dicho que las moléculas de los cuerpos no se tocan por todos sus puntos y esta propiedad, por la que las partes de un cuerpo dejan entre sí espacios sin materia propia del cuerpo, se denomina porosidad; y los espacios huecos o intersticios se llaman poros. La porosidad es una propiedad general de los cuerpos, cualquiera que sea su estado y lo demuestra el que no hay cuerpo alguno, aun los más compactos, como los metales, que no puedan reducirse a menor volumen, lo cual no sucedería si sus moléculas no se acercasen o no estuviesen separadas antes de disminuir de volumen. La porosidad de los cuerpos sólidos se demuestra prácticamente por medio de la experiencia conocida con el nombre de lluvia de mercurio, que se verifica con un tubo de vidrio (fig. 2) provisto en. sus extremos de dos guarniciones metálicas: en la parte superior A B se coloca el cuerpo cuya porosidad se quiere apreciar; por ejemplo, un disco de madera o de cuero, y después se atornilla un vaso metálico M formando todo una especie de taza, cuyo fondo es el cuerpo que se va a experimentar; dentro de ella se pone mercurio: el otro extremo del tubo lleva una llave de comunicación y termina en rosca, que se puede atornillar en la máquina neumática (190) y por fin va provisto el aparato, en su fondo, de un pequeño tubo encorvado para evitar que el mercurio que va a caer, penetre en la máquina. Si por medio de ésta se extrae el aire del interior del tubo, el mercurio comprimido por el aire exterior, se ve obligado a atravesar por los poros del cuerpo, cayendo bajo la forma de lluvia en gotas muy pequeñas.

14 Volumen real y aparente. -Consecuencia de ser los cuerpos porosos, el espacio que ocupan no es el que les corresponde, puesto que el volumen no está formado todo por la materia del cuerpo; de aquí la división del volumen en real y aparente; el primero es el que tendría el cuerpo si careciese de poros o todo él estuviese lleno de su propia materia, y el segundo es el espacio que ocupa con más los poros: el volumen aparente es siempre mayor que el real.

Numerosas aplicaciones ofrece esta propiedad, siendo una de las más notables la de los filtros; es decir, cuerpos porosos, (papel, carbón, etc.) que dejan pasar a través de sus poros los líquidos, pero que retienen las partículas sólidas que aquellos tengan en suspensión; de este fenómeno se saca partido en muchas poblaciones para purificar el agua turbia, haciéndola pasar por filtros a propósito⁵.

15 Comprensibilidad. -Se llama compresibilidad la propiedad general que poseen los cuerpos de disminuir de volumen por la presión o por otro esfuerzo. Todos los cuerpos son compresibles porque todos son porosos, de lo cual se deduce que un cuerpo será tanto más compresible cuanto mayor sea el número de sus poros; por eso los gases son los cuerpos más compresibles. La compresibilidad de los sólidos se comprueba considerando que por la presión o el forjado aumentan de densidad (23) lo cual no sucedería sino disminuyesen de volumen. En cuanto a los líquidos, esta propiedad es muy limitada y durante mucho tiempo pasaron por incompresibles, pero ya veremos (107) cómo se demuestra en ellos esta propiedad; los gases lo son en alto grado como también se verá más adelante. Pero en todos los cuerpos sólidos esta propiedad reconoce un límite, pasado el cual, el cuerpo fuertemente comprimido deja de disminuir de volumen y sus moléculas se separan, rompiéndose el cuerpo o pulverizándose.

LECCIÓN 3.ª Elasticidad. -Divisibilidad. -Ejemplos de extremada divisibilidad. -Movilidad. -Inercia.

16. Elasticidad. -Llámase así la propiedad que poseen los cuerpos de recobrar su forma y volumen cuando cesa la fuerza que los había deformado o comprimido. La elasticidad en los cuerpos sólidos es de grado diferente; unos recobran instantáneamente y por completo su forma y se llaman elásticos de primera especie, tal sucede al marfil, y otros tardan más o menos tiempo y no la recuperan por completo y son elásticos de segunda especie, tal es el plomo. Los líquidos y los gases tienen una elasticidad perfecta.

En los sólidos la elasticidad se manifiesta según la forma que presentan estos cuerpos; por flexión en las láminas delgadas y estrechas; por torsión en los hilos y por tracción en las barras y alambres: pero la elasticidad en todos estos casos se considera como propiedad particular de esta clase de formas y de ella nos ocuparemos más adelante (25). En cuanto a la elasticidad como propiedad general de los sólidos, que también se llama elasticidad por presión, se observa que todo cuerpo por la presión o por el choque, que es una verdadera presión, pierde su forma, cambiando por lo tanto sus moléculas de posición, pasando del estado natural que tenían a una posición violenta, originada por la fuerza que las comprime: entonces se desarrolla en ellas una fuerza de reacción contraria (e igual si son elásticos de primera especie y desigual si no lo son) a la que las deformó, que las permite volver a su posición primitiva, cuando cesa de obrar la fuerza comprimente. Que el cuerpo se deforma por la presión o el choque, se demuestra, porque si se coloca sobre un plano de mármol negro, cuya superficie tenga una ligera capa de aceite, una esfera de marfil, será tangente en un punto muy pequeño que quedará señalado en el mármol por una pequeñísima huella; si ahora se deja caer la esfera desde cierta altura, aparecerá en el punto de contacto del choque una ancha huella, tanto más grande cuanto mayor sea la altura de donde caiga, lo cual prueba que en el momento del choque la esfera se ha aplanado y por consecuencia perdido su forma, la que recobra por la fuerza de reacción que la obliga a rebotar y que se eleve hacia el punto de donde descendió.

La experiencia puede variarse haciendo chocar dos bolas de marfil, una de las cuales esté ennegrecida en un punto, ahumándola previamente en la llama de una bujía; ambas se deforman en el momento del choque, como lo prueba la extensa huella que aparece en ellas, blanca en una y negra en la otra; pero recobrando repentinamente su forma anterior.

17. Divisibilidad. -Es la propiedad que poseen los cuerpos de poder separarse en partes o fraccionarse. Algunos consideran esta propiedad bajo dos aspectos físico y matemático: en el concepto matemático los cuerpos son divisibles hasta el infinito; pero físicamente la divisibilidad se admite que tiene un límite; más aún bajo este último aspecto creemos que la materia se puede siempre fraccionar, porque la última parte a que se puede llegar por los medios mecánicos, físicos o químicos, será siempre una unidad susceptible de división.

18 Ejemplos de extremada divisibilidad. -Nuestros procedimientos mecánicos no nos permiten dividir la materia más que hasta cierto límite; pero concíbese que puede hallarse y se halla seguramente en la naturaleza dividida hasta un punto que maravilla. Entre multitud de ejemplos que pudieran citarse del grado de divisibilidad que alcanzan los cuerpos, sólo mencionaremos los siguientes, Wollaston⁶ logró por un medio ingenioso hacer hilos de platino de una tenuidad tal, que su diámetro era de 1/1200 de milímetro y un kilómetro de este hilo solo pesaba 5 centigramos: una corta cantidad de almizcle está emanando partículas olorosas durante algunos años, sin que apenas disminuya de peso. Pero donde la divisibilidad es verdaderamente esmerada y admirable es en el reino orgánico; seres diminutos que no pueden percibirse como no sea con el auxilio de poderosos instrumentos de óptica (microscopios), tienen sus órganos y gérmenes, que a su vez están compuestos de partes cuya pequeñez apenas puede comprender nuestra inteligencia; y si muchos de esos seres de extremadísima tenuidad viven a expensas de otros seres, como parásitos y estos a su vez tienen también otros parásitos, compréndese cuán difícil será señalar el último punto en la divisibilidad de la materia.

19. Movilidad. -Movilidad es la propiedad general que tienen los cuerpos o sus moléculas de pasar de un punto o lugar a otro en el espacio bajo la acción de una causa cualquiera que se llama fuerza. El acto de trasladarse el cuerpo de un lugar a otro en el espacio, se llama movimiento, y reposo la permanencia del cuerpo en un mismo lugar. Tanto el movimiento como el reposo se consideran como absolutos y relativos, aunque no existen ni reposo ni movimiento absoluto. Seria movimiento absoluto el que tuviera un cuerpo que cambiara de lugar con entera independencia de todos los demás y con relación a otro que estuviera en reposo absoluto, o bien será movimiento absoluto el de todo el universo a la vez girando o moviéndose en el espacio infinito; y movimiento relativo el que tienen los cuerpos que se trasladan de un sitio a otro; por la misma razón seria reposo absoluto el de un cuerpo perfectamente fijo o quieto en el espacio y relativo la permanencia de un cuerpo en un lugar con relación a otros que se mueven los postes telegráficos y los árboles situados a orillas de una vía férrea están en reposo relativo con relación al tren que por ella se mueve. Como todo en la naturaleza cambia de lugar o se mueve, no puede admitirse el reposo absoluto; así los edificios, los árboles y las montañas que nos parecen que están en una quietud perfecta o absoluta, se mueven sin embargo con la tierra, trasladándose con ella por el espacio: de no existir el reposo absoluto, tampoco se concibe el movimiento absoluto. No hay, pues, más que movimientos y reposos relativos.

20. Inercia. -Con esta palabra se expresa la falta de aptitud que tiene la materia para darse a sí misma movimiento, o una vez en movimiento poder modificarle, ni menos volver al estado de reposo. De aquí se deduce que un cuerpo puesto en movimiento lo verificará eternamente mientras una causa no le obligue a detenerse y viceversa: ejemplo de la inercia en movimiento son los astros, que no se pararán sin que una causa (la voluntad de Dios) los detenga⁷. Si los cuerpos más o menos cercanos a la tierra pierden su movimiento al llegar a la superficie del globo, es porque hay una causa constante que les obliga a ello, la fuerza de atracción terrestre (22).

La inercia en el reposo se comprende sin gran esfuerzo; no así en el estado de movimiento; pero ejemplos numerosos la comprueban. Cuando una persona corre aceleradamente no puede detenerse de repente, hasta que la acción de sus músculos, obrando en sentido contrario al impulso producido, se hace superior o igual a éste y le destruye: un tren que marcha con gran velocidad tampoco puede detenerse en el acto, aún con los frenos de contención que a este efecto se han inventado, hasta que pasado algún tiempo y ya suprimida la acción que impulsaba el tren (el vapor), entorpecido el movimiento de las ruedas por los frenos y destruida poco a poco la velocidad por el roce sobre los raíles, el movimiento se minora y termina. En efecto, la velocidad adquirida en todos estos casos, no se aniquila en virtud de la inercia, repentinamente. Ejemplos varios y aplicaciones tendremos ocasión de citar, que están basadas en la inercia de la materia: solo diremos aquí, que una persona que camina en un carruaje participa en virtud de la inercia, de la velocidad del vehículo; y si marchando este con rápido movimiento, la persona intenta arrojarse fuera de él y en sentido contrario a la dirección que lleva el carruaje, ser arrastrada hacia el coche y acaso envuelta entre sus ruedas, pues en virtud de la velocidad adquirida y que no puede perder repentinamente por la inercia, continuará aún en tierra, moviéndose como si estuviera dentro del carruaje: por eso en caso de peligro o por cualquier accidente, hubiera necesidad de lanzarse fuera de un coche, por ejemplo, de un tren, debe hacerse en la misma dirección que éste lleva, pero de una manera oblicua y con muy poco o ningún esfuerzo, porque la misma velocidad de que el cuerpo va animado lo lanzará a gran distancia.

LECCIÓN 4.ª Atracción. Sus leyes. -Gravedad. Plomada. -Masa. Peso. -Densidad. -Fórmula de la densidad.

21. Atracción. Sus leyes. -Llámase atracción en general la tendencia que tienen los cuerpos de dirigirse sin cesar los unos hacia los otros. Esta fuerza está, pues, obrando constantemente, aunque no siempre son sensibles sus efectos por estar contrarrestada por la fuerza de repulsión (4). La atracción universal, estudiada principalmente por los astrónomos y los físicos, hállase sujeta a dos leyes: 1.ª la atracción obra en razón directa de las masas, y 2.ª ejerce su acción en razón inversa del cuadrado de la distancia; leyes demostradas concluyentemente por Newton y que se cumplen siempre en la materia cualquiera que sea su estado⁸. Cuando la atracción se considera entre los astros, recibe el nombre de Gravitación; que existe esta fuerza entre los cuerpos celestes, lo comprueba el que lanzados por la mano de Dios en el espacio, deberían moverse en línea recta por haber sido uno sólo e instantáneo el impulso (73), y en virtud de la inercia continuarían moviéndose así eternamente; pero la atracción de los unos sobre los otros les obliga a trazar en el espacio una curva u órbita de la cual no se apartan nunca: así el sol atrae a la tierra y a los demás planetas, estos a sus satélites o a otros astros, girando por lo tanto los unos en torno de los otros; y si no se precipitan chocando entre sí, es porque además en su movimiento de rotación, se desarrolla otra fuerza, proporcional a sus masas que contrarresta a la fuerza atractiva (88).

22. Gravedad. Plomada. -Si la atracción se considera en la tierra, recibe el nombre de Gravedad o atracción terrestre; esta fuerza existe en el centro de nuestro globo y en virtud de ella, todos los cuerpos tienden sin cesar a dirigirse al centro de la tierra; así un cuerpo abandonado a sí mismo en el espacio, se dirige hacia la tierra o cae: por esta razón los cuerpos se llaman graves. La dirección que toma el cuerpo al caer se llama vertical y es normal a la superficie de los líquidos o de las aguas tranquilas. La vertical en un punto cualquiera de la tierra se determina por medio de la plomada, que consta de un hilo o cuerda del cual pende una masa de plomo o de otro cuerpo pesado: fijando o suspendiendo el hilo por el otro extremo, la dirección que señale cuando esté en reposo, será la vertical; es decir, que si suponemos prolongado el hilo y su masa, ésta llegaría al centro de la tierra, representando, pues, un radio de ella. La línea o plano perpendicular a la vertical se llama línea o plano horizontal. Si la plomada está cerca de una gran masa, su posición no es entonces perfectamente vertical, sino ligeramente inclinada, porque en parte, aunque pequeña, es atraída por la masa mayor (l.ª ley de la atracción): así una plomada cerca de la gran montaña del Chimborazo se desvía 7,''5. Las verticales en cortas extensiones, dada la gran distancia del centro de la tierra, son entre sí casi paralelas, pero en grandes extensiones forman ángulos mayores o menores. Decimos casi paralelas, porque no pueden serlo nunca, pues las verticales son líneas rectas que concurren en un punto: sin embargo, en cortas distancias bien puede admitirse el paralelismo perfecto. La plomada es de un uso indispensable por su sencillez y exactitud, en las construcciones para determinar la vertical de las paredes, columnas, etc., a fin de que se hallen en la mayor estabilidad posible (45), pues de estar inclinadas, sería más fácil que se cayesen hacia el lado que se inclinan.

Si la atracción se verifica entre las partículas homogéneas de los cuerpos, se llama atracción molecular o cohesión, y si entre las moléculas heterogéneas que forman los cuerpos compuestos, se denomina afinidad, cuyo estudio corresponde a la Química.

23. Masa. -Peso.- Llámase masa la cantidad de materia que contiene un cuerpo. Peso es la presión que ejerce un cuerpo sobre los obstáculos que le impiden caer o dirigirse hacia el centro de la tierra; este es el peso absoluto: si el cuerpo está suspendido no ejercerá presión, sino tracción o tirantez sobre el hilo que le sujeta. Los cuerpos, pues, tienen peso porque existe la acción de la gravedad: si esta desapareciese, desaparecería el peso, pero no la masa, que solo puede desaparecer con la materia. Siendo el peso de los cuerpos resultado de la acción de la gravedad que obra sobre cada una de las moléculas, en razón directa de su cantidad o masa, se deduce que los pesos son proporcionales a las masas. El peso es además relativo y específico: peso relativo es la presión que ejerce un cuerpo, comparada con la que origina otro que se toma por término de comparación o unidad; esta unidad en el sistema métrico-decimal es el gramo o su múltiplo el kilogramo: y peso específico, la comparación en volúmenes iguales entre el peso relativo de un cuerpo y el de otro que se toma también por unidad. El cuerpo que sirve como unidad para determinar el peso específico de sólidos y líquidos, es el agua pura o destilada a 4 grados de temperatura (253) y para los gases y vapores el aire seco y puro y a una presión y calor constantes (255).

24. Densidad. -Fórmula de la densidad. -Al peso específico se le suele llamar también densidad, pero hay entre estas palabras una diferencia esencial: densidad es la relación entre la masa o cantidad de materia de un cuerpo y la masa de otro que se toma por unidad en igualdad de volúmenes: el peso específico depende de la acción de la gravedad; la densidad de la masa: aquella pudiera desaparecer y los cuerpos no tendrían peso, ni relativo, ni específico; pero la masa no puede desaparecer, como no dejo de existir el cuerpo y por lo mismo siempre tendrán densidad: más como no es fácil que la gravedad y por consecuencia el peso desaparezcan, y por otra parte, los pesos son proporcionales a las masas, de ahí que se tomen como sinónimos peso específico y densidad.

Dada, pues, la definición de densidad tendremos, que si se llama M a la masa, V al volumen y D a la densidad, la relación que llevamos establecida se podrá formular del modo siguiente:

Si llamamos P al peso relativo de un cuerpo, V al volumen y E al peso específico, la fórmula del peso específico absoluto de un cuerpo cualquiera será

y para el agua destilada, llamando P' a su peso relativo, V a su volumen, igual al anterior, y E al peso específico, se tendrá

de donde el peso específico relativo de un cuerpo comparado con el del agua pura, sería

Es decir, que peso específico de un cuerpo es el cociente de dividir el peso de un cuerpo por el peso de un volumen igual de, agua destilada. Así el oro tiene un peso específico de 19, lo cual significa que en dos masas, dos esferas por ejemplo, de igual volumen, una de oro y obra de agua, hay en la primera 19 veces más materia que en la segunda o pesa 19 veces más.

El peso específico, como veremos al estudiar los procedimientos para determinarle (127) es constante en cada cuerpo, siempre que la masa y el volumen guarden la misma relación.

LECCIÓN 5.ª -Elasticidad como propiedad particular de los sólidos. -Elasticidad de torsión. -De flexión. -De tracción. -Temple y recocido. -Ductilidad. -Maleabilidad. -Dureza. Tenacidad.

25. Elasticidad como propiedad de los sólidos. -Además de las propiedades generales propias de la materia y de los cuerpos, hay otras particulares de los sólidos, tales como las diversas especies de elasticidad, la maleabilidad, la ductilidad, la dureza y la tenacidad. Conocida la elasticidad como propiedad general, nos resta ocuparnos de los diferentes casos en que aparece como propiedad particular, en las diversas formas de los sólidos.

26. Elasticidad de torsión. -Si se sujeta un hilo metálico fino por uno de sus extremos y en el otro se coloca una aguja en posición horizontal y de cierto peso que obligue al hilo a estar tenso, dando vueltas a la aguja a, fin de que el hilo se tuerza y abandonada luego a sí misma, si se observa que el hilo, cuyas moléculas han cambiado de posición al torcerse, se mueven en sentido contrario hasta volver a su posición anterior: hay aquí una elasticidad, que por su carácter y modo de originarse se llama de torsión: así como el esfuerzo empleado para desviar la aguja de su posición, se denomina fuerza de torsión, y el ángulo comprendido entre la posición primitiva de la aguja y otra posición cualquiera, se llama ángulo de torsión. Conlomb⁹ encontró por medio de la balanza de su nombre o balanza de torsión que las oscilaciones producidas por los hilos, cuando se verifican en un corto número de grados, se hallan sometidas a las leyes siguientes:

1.ª Que son sensiblemente isócronas, es decir, duran el mismo tiempo: (del griego isos igual y cronos tiempo.)

2.ª -El ángulo de torsión es proporcional a la fuerza de torsión.

3.ª Para una misma fuerza de torsión o hilos de igual diámetro, el ángulo de torsión, es proporcional a la longitud de los hilos.

4.ª Para una misma fuerza y una misma longitud en los hilos, el ángulo de torsión es inversamente proporcional a la cuarta potencia de los diámetros.

27. Elasticidad de flexión. -Si el cuerpo sólido presenta la forma de lámina delgada y se fija por un extremo y cogiéndola por el otro se la encorva; abandonada, recobra su forma y posición primitivas, después de un número de movimientos rápidos u oscilaciones: esta elasticidad se llama de flexión. La causa que la determina, como en la anterior elasticidad, es la misma que la de la elasticidad general: al encorvarse la lámina, las moléculas que forman la parte convexa se extienden hasta cierto limite y las de la parte cóncava se aproximan cual si estuviesen comprimidas, entonces se desarrolla en ellas las fuerza de reacción (16) que las obliga a tomar su posición primitiva. Esta propiedad es notable en el acero templado. La elasticidad de flexión ofrece numerosas aplicaciones en los muelles de los carruajes y de los relojes, en los dinamómetros destinados a medir determinadas fuerzas y en otros muchos casos.

28. Elasticidad de torsión. -Si se aplican a los extremos de un alambre o de una barra dos fuerzas que obren en sentido contrario la barra o el alambre se alargan, volviendo a recobrar su longitud cuando dejan de obrar las fuerzas: esta propiedad se conoce con el nombre de elasticidad de tracción. Sabart se valió de un medio muy sencillo para determinar esta elasticidad y formular sus leyes. Suspendido el hilo o la varilla de un soporte fuerte de madera (fig. 3) se coloca en el extremo inferior un platillo: hechas dos señales M y N en la varilla, se mide con toda exactitud su distancia por medio de un catetómetro A, que se llama así una regla de madera vertical graduada que lleva un anteojo horizontal que puede colocarse en las diversas divisiones de la barra: dirigida la visual con el anteojo, primero a la señal superior M y luego a la inferior N, se anota la distancia que media entre ellas por las dos posiciones en que se ha colocado el anteojo en la barra graduada; poniendo después pesos en el platillo, la varilla se alarga, cuya prolongación se aprecia por el anteojo del catetómetro, dirigiéndole a las señales M y N, cuya distancia ahora será mayor. Retirados los pesos del platillo, es decir, desapareciendo la fuerza de tracción, la varilla, recobra exactamente su longitud. De las experiencias practicadas con este aparato se han deducido las leyes siguientes:

1.ª Las varillas y los hilos tienen una elasticidad perfecta; es decir, que recobran exactamente su longitud cuando cesa la fuerza de tracción.

2.ª Para un mismo cuerpo y un mismo diámetro, la prolongación de la varilla o hilo, es proporcional a la fuerza de tracción y a la longitud.

3.ª Para unas mismas varillas o hilos de igual longitud, pero de diferente diámetro, el aumento de longitud, está en razón inversa de los cuadrados de los diámetros.

29. Temple y recocido.-Todas las elasticidades que acabamos de estudiar reconocen un límite, pasado el cual, el cuerpo se rompe; lo que se verifica cuando la fuerza que hace cambiar de posición a las moléculas, vence la atracción que hay entre ellas, entonces se separan para no volver a unirse por sí mismas. Varias causas influyen en el límite de la elasticidad y por consecuencia que esta propiedad aumente o disminuya. Aumenta la elasticidad con el temple, operación que consiste en colocar el cuerpo en una elevada temperatura y enfríarlo repentinamente, introduciéndolo en agua fría: las moléculas entonces toman una posición violenta y el cuerpo adquiere más elasticidad y mayor dureza, pero se hace más frágil: tal sucede con las hojas de las espadas y otros instrumentos cortantes de acero: también hace aumentar la elasticidad el forjado, el batido y toda operación que acerque las moléculas del cuerpo; por último influye en esta propiedad la forma; la esférica aumenta la elasticidad, la hueca más que la maciza y más aún la de aro o anillo.

La colocación violenta de las moléculas en la operación del temple se comprende bien dada la posición que repentinamente se las hace tomar por el enfriamiento; mas no se explica tan fácilmente por qué causa adquieren entonces mayor grado de elasticidad.

El recocido disminuye la elasticidad; operación que se reduce a calentar en una alta temperatura el cuerpo y dejarlo enfriar lentamente; las moléculas toman una posición natural, la elasticidad disminuye, pero el cuerpo se hace menos frágil. Y como el vidrio se templa cuando estando caliente se enfría rápidamente y entonces se vuelve frágil y puede romperse por un pequeño choque; los objetos fabricados con esta sustancia se los somete a la operación del recocido en hornos a propósito, dejándoles después que se enfríen lentamente.

30. Ductilidad. -Maleabilidad. -Se llama ductilidad la propiedad que poseen algunos cuerpos de cambiar de forma por la acción de presiones o esfuerzos determinados. Si el cuerpo se estira o alarga, adquiriendo la forma de hilo, entonces se llama más propiamente ductilidad, y si se extiende en láminas, maleabilidad. Para reducir los cuerpos a hilos se emplea la hilera, y para extenderlos en láminas el laminador o la acción del martillo.

Como los cuerpos al pasar por la hilera o el laminador se vuelven frágiles, para que adquieran de nuevo la flexibilidad que les es propia y puedan doblarse, sin romperse, se someten a la operación del recocido.

No todos los cuerpos sólidos poseen estas propiedades en el mismo grado; en unos como la cera y la arcilla humedecida, se les puede hacer cambiar de forma fácilmente; en otros como el vidrio, es preciso reblandecerlos antes por la acción del calor y entonces pueden reducirse a hilos como la seda más fina; y en los metales se necesitan por punto general grandes esfuerzos, pero algunos de ellos son también los que poseen estas propiedades en más alto grado. El orden de ductilidad y maleabilidad en varios metales, es el siguiente, siendo el platino el más dúctil y el oro el más maleable.

DUCTILIDAD.	MALEABILIDAD.
Platino	Oro
Plata	Plata
Hierro	Cobre
Cobre	Estaño
Oro	Plomo
Zinc	Zinc
Estaño	Platino
Plomo	Hierro

31. Dureza. -Tenacidad.-Es la dureza la resistencia que ofrecen los cuerpos a ser rayados o desgastados por otros: en este concepto diamante es el más duro, porque raya a todos los cuerpos y ninguno le raya a él. Para conocer el grado de dureza de los cuerpos y particularmente de los minerales, se ha ideado una escala llamada de dureza, debido a Mohs, cuyo estudio corresponde al mineralogista. La gran dureza del diamante y el no existir otro cuerpo que pudiera desgastarte, ha sido causa de que durante mucho tiempo, no se conociera el modo de tallarle, hasta el siglo XV en que Luis Berguen, lo consiguió empleando el polvo del mismo diamante; por este medio se ha logrado aumentar la belleza natural, que es ya muy notable, de esta piedra preciosa por excelencia.

No hay relación ninguna entre la dureza y la tenacidad o sea la resistencia que presentan los cuerpos a ser rotos por naturaleza de tracción. Si los cuerpos ceden fácilmente al choque y, sus moléculas se separan fácilmente, se llama esta propiedad fragilidad. Así el diamante que es el cuerpo más duro, no por eso es muy tenaz; lo mismo sucede con el vidrio que resiste a ser rayado o cortado como no sea con un cuerpo duro y sin embargo es muy frágil. El cuerpo más tenaz es el hierro. Esta propiedad se aprecia dando a los cuerpos la forma de varillas o láminas y sometiéndolas a la tracción medida en kilogramos hasta que se produce la rotura; el peso que determina la rotura es directamente proporcional a la sección trasversal de la varilla, pero independiente de su longitud.

Si la tracción dura algún tiempo, la tenacidad disminuye; así se ha observado que los puentes colgantes, que han resistido a una gran presión en el acto de la prueba, ceden después a esfuerzos menores. El peso que hay necesidad de emplear para producir la rotura en diferentes cuerpos, siendo su sección de 1 milímetro cuadrado, en el siguiente:

METALES Kilog.	MADERAS Kilog.
Hierro en alambre 63	Boj 14
Hierro recocido 50	Fresno 12
Cobre laminado 41	Abeto 9
Acero 30	Haya 8
Oro laminado 28	Roble 7
Zinc laminado 16	Caoba 5

La tenacidad varía aún para una misma sustancia, según su forma: la resistencia que en este caso oponen las moléculas a separarse, consecuencia de la atracción molecular o cohesión, se llama resistencia de los materiales, cuyo conocimiento interesa sobremanera en las construcciones así civiles, como navales. La forma curva es la que más resiste y en igualdad de condiciones más la curva hueca que la maciza. Un cilindro resiste más que un prisma, siempre que sus secciones sean equivalentes. En cantidades iguales de materia, el cilindro hueco resiste más que el macizo, correspondiendo la mayor tenacidad al caso en que el radio exterior esté con el interior en la razón de 11 a 5. Y esta resistencia es lo mismo para la presión que para la acción; así un cilindro resiste más a la presión siendo hueco que macizo, si tienen la misma masa y altura. He aquí porqué en todos aquellos casos en que los cuerpos han de sufrir enormes presiones, se les da la forma de curva hueca; tal sucede en las bóvedas y arcos de las catedrales, que han de soportar el peso de las grandes torres; en los puentes, túneles, etc. Obsérvase asimismo en los cuerpos de la naturaleza que tienen que ofrecer mucha resistencia a la presión y por lo mismo a la rotura; los huesos de los animales, el cráneo, las plumas y los tallos del trigo y otras plantas análogas, tienen más resistencia que si fuesen macizos de igual masa.

A. COHESIÓN. -La cohesión o sea la fuerza que une las moléculas semejantes u homogéneas de los cuerpos es muy enérgica en los sólidos, pues se necesita emplear, en la mayor parte de ellos un esfuerzo considerable para disgregarlos. El grado de cohesión es muy variable en los diferentes cuerpos y en lo general se disminuye por el calor, que como veremos, penetrando en el interior, separa sus moléculas.

B. ADHESIÓN. -Si la atracción tiene lugar entre las superficies de los cuerpos, bien homogéneos o diferentes, entonces se llama adhesión Dos trozos de vidrio puestos en contacto durante algún tiempo llegan a adherirse de un modo notable; dos balas de plomo recién cortadas y puestas en contacto con alguna presión, también se adhieren fuertemente; y, en fin, dos discos de vidrio esmerilado pueden adherirse si se les frota un poco, en términos de necesitarse un esfuerzo bastante considerable para separarlos.