Michael Faraday, ciencia al calor de una vela navideña

(Un texto de Miguel Barral en bbvaopenmind.com del 18 de diciembre de 2020)

En el Londres de mediados del siglo XIX, uno de los eventos más importantes y esperados de las Navidades eran las “Conferencias navideñas”, las charlas de divulgación científica con las que Michael Faraday ponía la ciencia al alcance de todos los (maravillados y asombrados) públicos. Lo hacía en la Royal Institution, desde que en 1825 fue nombrado director del laboratorio de esta organización científica. Él mismo ejerció de maestro de ceremonias de estas multitudinarias actividades en 19 ocasiones, entre las que destaca su más famosa y recordada charla, la de las Navidades de 1848, titulada La historia química de una vela.  

Aunque las Conferencias navideñas comenzaron en 1825, su origen se remonta a algunos años antes. Concretamente a 1800, cuando el ilustre científico y aristócrata Benjamin Thomson (el conde Rumford), junto a otros destacados científicos británicos, fundaron la Royal Institution. Su objetivo era difundir el conocimiento y los nuevos inventos e innovaciones mecánicas, así como enseñar la ciencia y su aplicación en la vida diaria a través de charlas, conferencias y demostraciones experimentales. 

Faraday entra en escena

En el año 1816 Michael Faraday pronunciaba su primera charla, tres años después de haber comenzado trabajar en la Royal Institution como ayudante de laboratorio, de la mano de su “padrino”, el químico inglés Humphry Davy. En 1821 ascendía al puesto de superintendente del Laboratorio de la Royal Institution, que pasó a dirigir finalmente en 1825.

Hasta ese momento, los asistentes a las conferencias eran fundamentalmente nobles, aristócratas, prósperos empresarios, comerciantes y otros miembros de la pujante burguesía. Seguramente motivado por su propio origen y vida, desde su nuevo cargo, Faraday puso en marcha las Conferencias navideñas, entendidas como charlas para acercar la ciencia de una forma excitante, sorprendente y atractiva –ahora sí— a toda la sociedad y sobre todo a los más jóvenes.

Así, arrancó su más famosa charla navideña, La historia química de una vela (1848), anunciando a la entregada audiencia que “no hay una ley bajo la cual se gobierne ninguna parte del universo que no entre en juego y no sea tocada en estos fenómenos”. Faraday deleitó a los asistentes al describir las reacciones químicas que se ponían en juego con el simple gesto de encender una vela. Al mismo tiempo, acompañó su discurso con efectistas experimentos, como disponer una cuchara en la parte más alejada de la llama y acto seguido retirarla y exhibirla tiznada para demostrar que cuando la combustión no era completa se producía hollín, que no eran más que partículas diminutas de grafito impurificado.   

Tras la retirada de Faraday, las Conferencias navideñas continuaron siendo una cita tan inexcusable como fija para la juventud londinense durante las fiestas, solo interrumpida durante los años que duró la II Guerra Mundial. Antes de ese parón forzoso, en 1936 y casi de forma simultánea al comienzo de la programación televisiva en Gran Bretaña, la BBC las incluyó en sus emisiones. Esto las convierte en uno de los primeros shows emitidos por televisión y también en uno de los más veteranos programas que permanecen en antena, ya que desde entonces se han seguido emitiendo con cierta regularidad (desde 1966 ya todos los años). 

Esta cobertura las convirtió en uno de los programas navideños favoritos de los jóvenes —y no tan jóvenes— británicos. A esto también ha contribuido que, a lo largo de estos años, han sido protagonizados por actores tan destacados como Carl Sagan o el naturalista David Attenborough.

 

 

Problema 1: Tú la llevas… encendida

 

A cada uno de los espectadores que asisten a la multitudinaria charla de Faraday se les hace entrega de una vela en la entrada. En un momento dado, y como parte del show, el físico se mezcla con el público portando una vela que prende. Con ella comienza a encender las velas de los presentes al tiempo que les invita a que hagan lo mismo: que vayan encendiendo las velas de sus vecinos y que cada persona que tenga una vela encendida busque a alguien que aún no la tenga. Así hasta que todos los presentes tengan velas encendidas, lo que se consigue tras 4 minutos y medio. 

 

Si cada persona tarda 30 segundos desde que se enciende su vela hasta que enciende la de un vecino, ¿cuántas personas, incluyendo a Faraday, han asistido a la charla?

 

Problema 2: Una charla a dos velas

 

Justo antes de comenzar su esperada disertación, Faraday enciende dos velas de igual tamaño pero distinto grosor. La más gruesa dura 4 horas, antes de consumirse por completo; la más delgada, una hora menos. Cuando la charla termina, ambas velas siguen encendidas y la delgada tiene exactamente la mitad de la altura de la gruesa. ¿Cuánto tiempo ha durado la charla?

 

Problema 3: El Experimento o Problema de la vela

Retomando la (más) famosa Conferencia navideña de Faraday, uno de los experimentos que no puso en juego fue el conocido como “Problema de la vela” —que no fue presentado hasta casi un siglo después, en 1945. 

 

El problema en cuestión, un experimento o acertijo, fue ideado por el psicólogo alemán Karl Duncker y consiste en encender la vela de tal manera que no toque la mesa ni derrame cera sobre ella, empleando solo los elementos dispuestos sobre la misma: una caja de cerillas y una caja de chinchetas.

 

El reto pone en juego la creatividad del que lo enfrenta —así como su dependencia de la fijación funcional. Y aunque hay una solución “oficial” o estándar, en realidad se trata de un problema “abierto” que puede tener otras posibles e imaginativas soluciones.

 

Soluciones

 

Problema 1:

A los 30 segundos hay 2 velas encendidas (la de Faraday y la de su vecino). Como ambos encienden la de otra persona, a los 60 segundos hay 4, y a los 90 ya habrá 8. Es decir, cada 30 segundos, el número de velas encendidas se duplica. 4 minutos y medio son 270 segundos, o 9 veces 30 segundos. 

Entonces 2x2x2x2x2x2x2x2x2 =29 = 512 personas

Problema 2:

Siendo la altura de ambas velas L cm, la velocidad a la que se consume la gruesa es L/4 cm/hora y la delgada L/3 cm/hora.

Si la charla dura T horas, la vela gruesa se habrá consumido en T x L/4 y la en delgada TxL/3. Entonces la altura del trozo que queda por consumir en uno y otro caso es la altura total menos el tramo consumido: L-TxL/4 y L-TxL/3. 

Y como al finalizar la charla, la segunda tiene la mitad de la altura de la primera, entonces: L-TxL/4 =  2x(L-TxL/3); L(1-T/4) = 2L(1-T/3); (1-T/4) = 2(1-T/3); (4-T)/4 = 2(3-T)/3; 12-3T=24-8T; 5T = 12; T =12/5 =2,4 =2horas y 24 minutos.    

Problema 3:

La solución oficial pasa por entender que los elementos que nos dan pueden ser utilizados de diversas maneras: la caja de chinchetas no solo es capaz de almacenarlas —he aquí la dependencia funcional—, sino que puede ser clavada a la pared para colocar la vela sobre ella y completar el objetivo.