FISICA LIBRA

Estamos a nivel del mar, al aire libre. En una balanza de dos platillos, ponemos en uno de ellos una cierta cantidad de plomo. En el otro platillo vamos poniendo algodón hasta que el fiel de la balanza esté en el centro. Ahora metemos la balanza, sus platos y sus cargas en una cámara de vacío y quitamos el aire, ¿hacia dónde caerá la balanza? ¿Permanecerá igual? ¿Caerá hacia el lado del plomo?, ¿o lo hará hacia el lado del algodón?

Aquí vuelvo a utilizar kilo en el sentido vulgar de unidad de fuerza, aunque, tal como vimos en la entrada anterior, lo correcto sería decir 9,8 Newton (La unidad de fuerza en el Sistema Internacional, que es el que usamos, es el Newton que se representa por N). Pero mucho me temo que si voy a la panadería y pido 9,8 N de pan me manden a hacer gárgaras.

Tal como está planteada la pregunta del título no cabe duda de que un kilo de plomo pesa exactamente lo mismo que un kilo de algodón (un kilo). Pero si replanteamos la pregunta tal como dice la entradilla, la cosa ya no es tan sencilla como parece a primera vista.

Veamos. Al estar en la atmósfera la balanza, los platillos y las cargas están sometidos al principio de Arquímedes. Sufren un empuje hacia arriba igual al peso del volumen de aire que desalojan.

(Balanza, plomo a la derecha, algodón a la izquierda. Flechas rojas fuerza debida a la gravedad -el peso-. Fechas azules fuerza debida al principio de Arquímedes. Imagen del autor. Licencia CC)

El algodón tiene una densidad menor que el plomo, por tanto, para una determinada masa el volumen que ocupa es mayor. Como ocupa mayor volumen que el plomo, el «empuje» debido a que está sumergido en un fluido (el aire) es mayor que el que sufre el plomo. En el dibujo lo he exagerado para que se vea bien. La flecha azul es mayor. Por tanto, para que el fiel de la balanza esté en el centro, la flecha roja también debe ser mayor.

Así que, aunque parezca sorprendente, cuando el fiel de la balanza está equilibrado, la flecha roja (el peso) correspondiente al algodón es mayor. Es decir, que en esa situación (fiel de la balanza en el centro) el algodón pesa más.

Si ahora hacemos el vacío, las flechas azules desaparecen, y como la roja es mayor en el lado del algodón, la balanza se inclina hacia el algodón.

(Si dentro de la atmósfera, equilibramos el platillo del plomo y el del algodón, en el vacío, la balanza se inclina hacia el algodón. Imagen del autor. Licencia CC)

* * *

El aire, en ciertas condiciones que se consideran normales (a nivel del mar, a una temperatura de 10º C, sin humedad,…), pesa 1,2939 g por litro. Así que el

...