Lavadora manual del siglo XIX, Irlanda (Itub/CC 2.5 Attribution-Sharealike License).

No sólo hubo un tiempo en el que no había lavadoras, sino que ese tiempo constituye la inmensa mayoría de nuestra historia: se trata de un invento recentísimo. Al contrario que otros de los que hemos hablado en esta serie, no es algo vital –aunque sí muy cómodo– y una lavadora eficaz requiere de ciertos avances relativamente recientes para ser diseñada y construida. De modo que, durante milenios, nos las apañamos sin ellas (y hoy en día siguen sin existir en muchos lugares, por supuesto).

De modo que lo habitual era –y sigue siendo donde no existen las lavadoras– lavar la ropa a mano. Esto requiere básicamente tres cosas: mojar la ropa, si es posible haciendo pasar el agua a través del tejido para llevarse consigo la suciedad, emplear jabón por sus mágicas propiedades anfipáticas y, finalmente, frotar, golpear retorcer y restregar la ropa de modo que forcemos a separarse de las fibras del tejido las partículas de suciedad más tercas. Hacer esto bien requiere de un tiempo bastante largo, y es tedioso y repetitivo, además de cansado… pero no había otra opción, claro.

El ingenio humano, sin embargo, empezó a buscar algunas herramientas que hicieran el proceso más cómodo y eficaz desde el principio. Por ejemplo, tenemos conocimiento de que los antiguos egipcios ya empleaban batidores de madera con los que golpear la ropa contra las rocas. Este tipo de batidores se hicieron muy comunes (puedes verlos en uso a la derecha), y naturalmente se siguen utilizando hoy en día. Desde luego, aunque los batidores hacen más eficaz el lavado manual, no lo hacen mucho más cómodo. Una vez que las casas tuvieron agua corriente, la cosa mejoró mucho, pues no era ya necesario ir a la fuente o al río a lavar, y las casas se adaptaron a ello.

Una de las mejoras de los últimos dos siglos fue la tabla de lavar: una superficie ondulada sobre la que frotar la ropa una y otra vez. La combinación de disponer de agua en casa, poder calentarla allí para eliminar la suciedad más fácilmente, utilizar las tablas de lavar y los batidores, etc., hicieron del lavado un poco menos tedioso, pero sólo un poco. Otras mejoras mecánicas fueron apareciendo a lo largo del tiempo, pero todas ellas callejones sin salida en lo que a la mecanización del lavado de ropa se refiere –que es lo que nos interesa hoy–… excepto una.

Un… ¿un qué? ¿cómo demonios se llama esto?

Y, aunque parezca mentira, no sé el nombre en castellano para este invento, de modo que permitid que os lo describa, a ver si alguien que sepa puede decirnos cómo se llama y actualicemos el artículo con el nombre correcto (en inglés se llama washing dolly). Se trataba normalmente de una pieza de madera con un mango muy largo, que en su extremo inferior tenía una serie de “dientes” que se introducían en la ropa. La manera de usarlo era meter la ropa en un cubo grande, con agua –mejor caliente– y jabón, poner el batidor contra la ropa y, básicamente, dar vueltas y vueltas para que el agua jabonosa atravesara la ropa una y otra vez, y golpeando la ropa desde arriba de vez en cuando.

Mujer lavando con un “washing dolly” en el siglo XIX.

Otras versiones utilizaban una piedra o una pieza de metal en el extremo inferior, para poder golpear la ropa, y otras actuaban como una ventosa que succionaba el agua y la hacía pasar así a través de los tejidos. La principal ventaja de usar este invento es que no hacía falta estar agachado, por la longitud del mango. Pero el avance fundamental del invento, la clave de todo el asunto a largo plazo, no es la longitud… ¡es el tipo de movimiento! La manera normal de utilizarlo era, como he dicho antes, dar vueltas y vueltas… y fabricar mecanismos que realicen un movimiento giratorio es muy fácil, mucho más que hacer algo que moviese la ropa de las complicadas maneras que lo hacían las lavanderas.

De modo que imagino que alguien observaría el modo de lavar con uno de esos objetos, y se le ocurriría cómo automatizar un poco el proceso. En ese momento nacen, aunque se trate de aparatos primitivos, las primeras lavadoras. Naturalmente, no utilizan electricidad y son absolutamente manuales, además de que sólo están disponibles para los más pudientes, pero son un avance considerable. No estamos seguros de cómo eran las primeras, ni de exactamente cuándo empezaron a utilizarse: la primera mención que existe de una lavadora mecánica es de 1691, pero se trata de una patente y ni siquiera sabemos si llegó a construirse.

Sí tenemos constancia de varias patentes y diseños diversos durante el siglo XVIII, todos ellos, por supuesto, de lavadoras manuales. Las primeras constaban básicamente de una cuba de madera con patas, que tenía una tapa. Se introducían la ropa, el agua y el jabón dentro de la cuba, y luego se accionaba un mecanismo manualmente –con una manivela o con una palanca–, que hacía girar unas paletas de forma similar a los batidores primitivos, haciendo girar la ropa dentro del agua jabonosa. Pero muy pronto aparecieron lavadoras mecánicas más avanzadas, que se parecen sorprendentemente a las modernas.

En 1782, el inglés Henry Sidgier patenta una lavadora en la que no hay palas giratorias: se trata de un cubo con el eje de giro horizontal, dentro del cual se introducen el agua jabonosa y la ropa, y luego se hace girar el propio cubo mediante una manivela en la parte superior. De este modo, la ropa da vueltas dentro del cubo, haciendo pasar el agua a través del tejido y frotándose, por el propio subir y luego caer de la ropa, unas prendas con otras. Este sistema era menos dañino para la ropa que las paletas de madera, y el diseño de Sidgier es el que finalmente triunfó y, con modificaciones, se sigue usando hoy en día (gracias a pardalet por montar la imagen compuesta, mucho mejor que lo que había antes):

Diseño de la lavadora de Henry Sidgier (1782).

Como puedes ver, el cubo o tambor en el que gira la ropa con el agua tiene una superficie rugosa, que trata de actuar como la de las tablas de lavar (algo que, por lo que sé, ya no suele hacerse, puesto que los tambores actuales suelen ser más o menos lisos). En cualquier caso, puedes ver la similitud –salvando las diferencias, claro– con las máquinas actuales. La lavadora de Sidgier aún requería de alguien dándole a la manivela sin descanso durante el lavado, y el cubo sólo giraba en un sentido (harían falta algunos años para lograr una alternancia del sentido de giro), pero se trata de un avance considerable.

Esto no quiere decir que los modelos con un cubo fijo y paletas móviles desaparecieran, ¡ni mucho menos! Siguieron usándose no sólo durante el siglo XIX, sino entrado ya el siglo XX, como puedes ver en este anuncio de 1910:

Durante el siglo XIX –sobre todo en la segunda mitad del siglo– hubo muchas patentes de lavadoras manuales. El problema de todas ellas era el evidente: que, aunque aligerasen un poco la tarea, seguían requiriendo de atención constante y trabajo muscular. Hacía falta una fuente de energía que realizase el trabajo… pero eso no era fácil a pequeña escala.

A gran escala no había problema, ¡estamos en el XIX!: como casi cualquier otra cosa que puedas imaginar, la máquina de vapor podía mover los tambores de las lavadoras como hacía con las ruedas de una locomotora. Esto era una solución excelente para las lavanderías industriales, en las que se construyeron enormes tambores que lavaban muchos kilos de ropa cada vez, movidos por el vapor. Además, en vez de calentar el agua aparte para luego introducirla en el tambor, como se hacía en las casas, en estas lavanderías había brasas bajo los tambores metálicos, de modo que se calentaba el agua directamente dentro del tambor, haciendo todo el proceso mucho más eficiente.

Lavandería del siglo XIX.

Pero claro, esto no es una solución para una pequeña lavadora doméstica, y había que esperar a la expansión de la electricidad en las casas en el siglo XX, ya que los motores eléctricos son una muy buena manera de mover el tambor, y las resistencias son una excelente manera de calentar el agua directamente en la lavadora. No está muy claro quién fue el primero en inventar una lavadora eléctrica, pero a diferencia de otros inventos de los que hemos hablado en esta serie, no hace falta ser un genio para sustituir la manivela del tambor o las palas por un motorcillo eléctrico. Parece que el primero en hacerlo fue o bien Louis Goldenberg, o Alva J. Fisher, ambos estadounidenses, al final del siglo XIX o principio del XX.

Lo que sí sabemos es que en 1904 ya se hablaba en los periódicos de lavadoras eléctricas, pero hacía falta aún bastante tiempo para que se convirtieran en algo más que una curiosidad para los adinerados. Es más: las lavadoras manuales siguieron usándose de manera mayoritaria durante la primera mitad del siglo XX, debido fundamentalmente al precio de las eléctricas, que llegaban a costar lo que un coche en algunos casos.

Aparte del precio, las primeras lavadoras eléctricas tenían otro problema: el motor, la cinta de transmisión y los engranajes estaban fuera de la estructura de la lavadora. El tambor y la tapa perdían agua con cierta facilidad, de modo que la mayor parte de estas lavadoras, al funcionar, acababan mojando el motor y los cables, lo que podía dar lugar a cortocircuitos y accidentes de la peor especie. No, me parece que durante mucho tiempo no tenía demasiado sentido comprar una lavadora eléctrica.

Lavadora eléctrica alemana de motor externo (Nordelch/CC Attribution-Sharealike 3.0 License).

Al mismo tiempo que evolucionaba el lavado, también lo hacía el secado: cuando la ropa se lavaba a mano, en el río, la fuente o donde fuera, se retorcía para eliminar la mayor cantidad posible de agua del tejido. Después se colgaba al aire y el sol para que se secara. Sin embargo, las lavadoras manuales ya disponían de una pequeña ayuda para esto, que puedes ver en la foto del principio del artículo: una especie de prensa con manivela por la que se hacía pasar la ropa mojada, de modo que el exceso de agua cayera de nuevo en la cubeta. Las lavadoras eléctricas movían la prensa, como el tambor o las paletas, de manera automática, ayudando a un secado inicial de la ropa.

Sin embargo, al igual que exponer el motor y los cables a pérdidas de agua no era una buena idea, tampoco lo era utilizar una prensa eléctrica. Claro, si te pillaba los dedos podías darle al interruptor para pararla, pero eso no es igual de inmediato que dejar de dar vueltas a una manivela. La solución era el centrifugado, una de las tres mejoras fundamentales que parecen haberse extendido alrededor de 1930 (de las otras dos hablaremos en un momento).

La idea básica era hacer que el tambor de la lavadora fuera doble: el exterior es un tambor normal, con entrada y salida de agua, y el interior tiene pequeños agujeros por los que puede pasar el agua pero no la ropa. Mientras el tambor gira de manera razonablemente lenta, el agua y la ropa están mezclados, pero si se hace girar el tambor muy rápido, el agua se escapa por los agujeros y la ropa se seca hasta cierto punto –tanto más cuanto mayor sea la velocidad de giro, por supuesto–. Las primeras máquinas centrifugadoras no lograban velocidades muy grandes, pero según fueron avanzando los motores eléctricos se fue consiguiendo un mayor secado… lo cual supuso un nuevo problema que probablemente ya imaginas, pero paciencia.

Una de las primeras lavadoras con todo el sistema dentro del chasis.

Las otras dos mejoras de la época fueron, por una parte, la inclusión de todo el sistema eléctrico y mecánico dentro de un chasis, que es como imagino que has conocido las lavadoras tú, estimado lector. Esto hacía más seguro el emplearlas, siempre que el chasis no estuviera en contacto con ningún cable, por supuesto –algo que sigue pasando de vez en cuando hoy en día–, y mantenía la habitación seca si nada iba mal; y, por otro lado, el uso del agua corriente de las casas para llenar la lavadora. Antes de que casi todas las casas tuvieran una, se utilizaba un tubo que se conectaba directamente al grifo normal del fregadero de la cocina, aunque posteriormente –como sucede ahora– suele haber grifos específicos para este electrodoméstico.

Pero, como digo, el centrifugado trajo consigo un problema: la velocidad de giro y las vibraciones asociadas a él hacían que las lavadoras se movieran sin control, dejando el sitio en el que habían sido colocadas y “caminando” a ritmo del centrifugado (algo que sigue pasando hoy en día de vez en cuando). La solución, entonces igual que ahora, era burda pero sencilla: lograr la mayor cantidad de peso posible. Antiguamente se ponían piezas de hierro forjado dentro de la lavadora, y hoy se hace con soluciones más baratas como, por ejemplo, el cemento. De ahí que las lavadoras sigan pesando tanto hoy… si no fuera así, se fugarían al centrifugar.

Peso de cemento en una lavadora del siglo XX.

Las lavadoras eléctricas de los años 20-30 tenían una ventaja fundamental sobre las manuales: no hacía falta estar ahí todo el tiempo del lavado. Sin embargo, al principio sí se requería, además de calentar el agua antes de empezar el lavado, echarle un ojo a la colada de vez en cuando y cambiar la velocidad de giro manualmente, ya que no había programación alguna. Pero esto cambió pronto, y empezaron a construirse programadores electromecánicos que cambiaban la velocidad de giro automáticamente, con lo que no hacía falta más que empezar el ciclo (al principio sin más, luego seleccionando incluso el tipo de lavado) y vaciar la lavadora cuando éste había terminado.

En algunos casos, sin embargo, había tambores diferentes para el lavado y el centrifugado, con lo que la lavadora se detenía tras la primera parte del lavado y el usuario tenía que vaciar el primer tambor y llenar el segundo. ¡Pero cualquier cosa mejor que batir la ropa con un palo repetidamente durante un buen rato! En los 40, en Estados Unidos, las lavadoras eléctricas se extendieron como la pólvora, aunque en otros lugares habría que esperar algo más.

Con los años, además, las cosas fueron mejorando. En algunos lugares seguía (y sigue) habiendo grifos de agua fría y caliente que se conectan a la lavadora, mientras que en otros la máquina recibía siempre agua fría que luego se calentaba a la temperatura adecuada mediante resistencias eléctricas. Sin embargo, de vez en cuando había meteduras de pata, como la de Hoover. Su modelo Keymatic de los 60, en vez de tener un mando electromecánico para seleccionar el tipo de lavado, utilizaba cartuchos perforados que se introducían en una ranura de la lavadora, como en un ordenador. Dependiendo del tipo de lavado que se quisiera, metías un cartucho u otro. Según Hoover, se trataba de la lavadora más avanzada jamás construida… pero claro, si perdías un cartucho, ¡ya no podías realizar ese lavado nunca más! Aquí tienes el anuncio, que espero te haga sonreír como a mí:

En los 60 y 70 llegamos ya a lo que son lavadoras modernas, con un programador electrónico que controla el tiempo de giro, el sentido del motor y la velocidad, permite una miríada de combinaciones posibles en cuanto al tipo de lavado, temperatura del agua, etc. Así como en la primera parte de su historia el objetivo principal de los diseños de lavadoras era aumentar la efectividad del lavado y disminuir la duración del ciclo, en el último par de décadas las mejoras han tendido a centrarse en disminuir el consumo energético y de agua (intentando, claro está, no afectar la eficacia del lavado). El problema es que, como en tantas otras cosas, a veces es difícil alcanzar el equilibrio: cuanto más caliente está el agua y más cantidad de agua se utiliza, más intenso es el lavado, pero menos eficiente energéticamente es la lavadora.

Algo parecido ha sucedido con el secado. Como hemos visto, al principio las lavadoras no secaban la ropa en absoluto, pero muy pronto se utilizaron las prensas, que son energéticamente eficaces pero no secan la ropa demasiado. El centrifugado fue el siguiente paso, pero requiere una mayor cantidad de energía. Y muy pronto, en algunos lugares más frecuentemente que en otros, aparecieron secadoras junto a las lavadoras –mucho más comunes, por ejemplo, en Estados Unidos y Canadá que en Europa, no sé en el resto de América–.

Tras un centrifugado o prensado, aún hace falta colgar la ropa para que se seque, mientras que las secadoras que empezaron a aparecer a mediados del siglo XX dejaban la ropa completamente seca y lista para guardar… a cambio de un uso ingente de energía, claro. Las primeras en aparecer eran muy básicas y poco eficientes energéticamente (aunque se siguen usando muy a menudo); simplemente toman el aire circundante, lo calientan mucho y lo introducen en el tambor, de modo que una gran cantidad de agua se evapore. A continuación cogen ese aire muy caliente y muy húmedo y lo sacan del tambor al exterior de la casa.

Secadora de bomba de calor (dominio público).

Algo más eficaces son las secadoras que utilizan intercambiadores de calor pasivos, de modo que una vez el aire caliente ha evaporado el agua, en vez de dejarlo salir, se enfría de nuevo en una parte diferente de la secadora, con lo que el vapor de agua se condensa. El agua resultante a veces se recoge en un depósito (que hace falta vaciar de vez en cuando a mano, claro), o bien se hace salir por una tubería de la secadora; el aire vuelve a reutilizarse otra vez en el ciclo. Uno de los problemas de estas secadoras es que, a cambio de una mayor eficiencia energética, tardan bastante más en secar la ropa, y el otro es que suelen utilizar como refrigerante del ciclo el aire que las rodea, ¡con lo que la habitación donde estén acaba bastante caliente! Y las que no usan aire sino agua como refrigerante tienen que librarse del agua caliente y tomar más agua fría todo el tiempo, con lo que una vez más caen en un gran gasto de recursos.

Más eficaces aún –y más caras– son las que emplean una bomba de calor como intercambiador activo. Pero, en cualquiera de los casos, lo más recomendable energéticamente, sin duda, es el secado “al aire”, aunque tarde más y la ropa no esté tan suave al final. A veces, en nuestro afán por buscar la comodidad, llegamos demasiado lejos y luego es difícil volver hacia atrás…

Para saber más:

• Lavadora / Washing machine
• Early Washing Machine History
• The Secret Life of Machines – The washing machine (vídeo)

Hace unos días empezamos a explorar juntos el origen e historia del reloj dentro de la serie Inventos ingeniosos. En esa primera parte recorrimos milenios, desde los albores de la Historia hasta la Edad Media. Como recordarás si leíste esa primera entrega, el máximo logro hasta aquel momento lo constituía la Clepsidra de Ctesibio, una maravilla de la relojería clásica, cuya precisión no sería superada hasta la Edad Moderna. Y la escasa precisión de la inmensa mayoría de los primitivos relojes era uno de sus dos principales problemas; como dijimos al terminar la primera parte del artículo, para superar las limitaciones de la época hacían falta dos avances tecnológicos fundamentales. Existía además un segundo problema menos importante que la precisión –la portabilidad–, pero éste sería resuelto más tarde y hablaremos de él en su momento.

El primero de los dos avances fundamentales fue el escape. Se trata de una de esas cosas –a diferencia del segundo avance– de las que no tenemos un nombre como inventor, ya que fue apareciendo en distintos lugares y épocas, en muchos casos de una forma tan discreta que no estamos siquiera seguros del momento exacto de su introducción en los relojes.

Dicho mal y pronto –y que me perdonen los expertos en el asunto– el escape es un sistema que convierte un movimiento continuo, rápido y potencialmente irregular en uno discreto, lento y bastante regular. Su aparición se debe a una necesidad que ya mencionamos en la primera entrega: es fácil conseguir un movimiento continuo, como el del agua a través de un agujero, pero difícil asegurar que ese movimiento se mantenga de forma regular en el tiempo cuando, por ejemplo, el nivel del agua va descendiendo.

La solución es hacer que el movimiento continuo que proporciona la energía al reloj mecánico (del agua o los pesos, en el caso de la Edad Media) sea, por sí mismo y si no hubiera interferencias, más rápido siempre que el ritmo que queremos mantener en el reloj, e introducir luego un sistema mecánico que no pueda ir más rápido que un límite establecido, movido por el agua o los pesos; ya sé que esto no es decir mucho pero hay muchas variantes, ¡paciencia!. Este paso conceptual es importante: hasta ahora, la fuente de energía del reloj era también quien regulaba el ritmo del aparato, es decir, la velocidad a la que el agua caía o los pesos descendían era la velocidad de funcionamiento del reloj. La desventaja de este simple sistema, y disculpa si me repito, es que ese ritmo no tiene por qué ser constante.

De modo que la clave de este paso consiste en desacoplar la fuente de energía del sistema que regula la velocidad del reloj. Esto puede conseguirse de muchísimas maneras, unas más complicadas que otras, y unas más precisas que otras –luego veremos la que, por fin, venció a la Clepsidra de Ctesibio–, pero todas se basan en la misma idea de frenar de manera repetida y discreta el movimiento continuo de la fuente de energía. Aunque con un fin diferente, creo que ver el siguiente vídeo debería darte la idea fundamental –independiente de su implementación concreta– tras el escape:

Evidentemente, si el flujo de agua no es muy rápido, lo que determina el tiempo entre bajadas y subidas del balancín es la velocidad del agua, pero si el flujo es rápido, entonces las bajadas y subidas no están limitadas por el flujo del agua sino por el tamaño, masa y estructura del propio balancín. Ésa es la clave de cualquier sistema de escape.

Seguramente los primeros escapes fueron sencillísimos y no consiguieron mucho respecto a los sistemas anteriores pero, como digo, no podemos dar un antes y un después concreto del escape. De hecho, sabemos que algunos mecanismos de la Grecia clásica ya disponían de algún tipo de escape primitivo, y también existen testimonios de sistemas similares en China, pero los primeros que consiguieron utilizar un escape para mejorar sensiblemente la precisión de sus antecesores sin él –excepción hecha de algunos casos concretos y especiales como el de Ctesibio– fueron apareciendo en Europa a finales del siglo XIII. Se trata de una época en la que los relojes mecánicos se van haciendo cada vez más grandes y complejos, y florecen por casi todo el continente los relojes de torre de las iglesias.

Desgraciadamente no sabemos exactamente cómo funcionaban muchos de ellos de forma directa, pero sí tenemos cosas como, por ejemplo, presupuestos de construcción o listas de materiales. Sabemos que a lo largo del siglo XIII se va produciendo una transición en los grandes relojes de iglesia desde la clepsidra a los relojes movidos por pesos. El astrónomo conocido como Roberto el Inglés menciona en un escrito 1271 que muchos relojeros europeos están tratando de diseñar un escape preciso, pero aún no lo han conseguido… pero claro, Robert podría no conocer avances de muchos sitios con los que no tuviera contacto.

Sí sabemos dos cosas: por un lado, que los presupuestos y los tiempos de construcción de relojes en catedrales, iglesias y abadías aumentan considerablemente a finales del siglo XIII, y que en 1327 existían sistemas de escape mecánico bastante bien logrados. Lo sabemos porque Richard de Wallingford construyó un reloj en ese año en la Abadía de St. Albans, en Inglaterra, y documentó su funcionamiento en un libro, Tractatus Horologii Astronomici (Tratado de relojes astronómicos). Su reloj disponía ya de un escape primitivo. A lo largo del siglo XIV, en las décadas posteriores al reloj de Wallingford, se construyeron docenas de relojes con escape en las torres de las iglesias europeas, ¡y aún funcionan algunos de ellos!

El tipo de escape más utilizado en esa época es de una sencillez y elegancia que escalofría. Se trata de los sistemas de escape a varilla, que se extendieron como la espuma en la segunda mitad del siglo XIV. La idea es la siguiente: un peso unido a una cuerda va descendiendo poco a poco, desenrollando la cuerda y haciendo girar un cilindro alrededor del cual está enrollada ésta. Si no hubiera nada más, el peso descendería muy rápido y haría girar el cilindro a gran velocidad… pero hay un escape. El cilindro está unido a una rueda dentada que gira con él, y la rueda es detenida de forma repetida por dos lengüetas unidas a un eje con pesos en los extremos:

Escape a varilla (imagen de dominio público).

Cuando la rueda es detenida por una lengüeta, el peso colgante sigue tratando de hacer girar la rueda, de modo que ésta empuja la lengüeta lejos de sí, lo cual hace que la segunda lengüeta se acerque y se enganche en los dientes de la rueda, deteniéndola; la rueda la empuja y la hace girar, de modo que la aleja de sí, pero entonces vuelve a su posición entre los dientes la primera lengüeta… y así sucesivamente. La rueda dentada, por mucho peso que cuelgue de ella, no puede girar más deprisa de lo que oscila el sistema de las lengüetas con los pesos en los extremos (y ésa es la clave del escape, al fin y al cabo).

Además, aunque nunca hayas visto funcionar esto, estás familiarizado con su consecuencia más evidente desde fuera del reloj: cada vez que una lengüeta detiene la rueda dentada interponiéndose entre los dientes, hace un “tic” (o un “clac”, o un “CLAC”, dependiendo del tamaño y material del que esté hecho todo, claro). El escape es, por fin, el comienzo del tic-tac de los relojes. Sin embargo, mi descripción es bastante pobre y no permite entender muy bien cómo funciona un escape de este tipo, pero afortunadamente hay muchos vídeos y animaciones del funcionamiento de este tipo de escapes, de modo que cuando los veas creo que te quedará bastante claro cómo funcionan.

Antes de nada, un par de versiones modernas de relojes de madera con escape a varilla. En éste puedes ver las dos lengüetas de madera, una arriba y otra abajo, alternándose en detener la rueda, que acaba empujando cada una y llevando la otra contra sí misma en el proceso, aunque no se vea muy de cerca:

Pero creo que la esencia del escape a varilla se comprende estupendamente con este segundo reloj de madera, en el que sí se ve el mecanismo muy claramente por cómo está construido. Aquí no hay lengüetas, sino simplemente una doble rueda dentada y una pieza de madera que es empujada a un lado y otro por la propia rueda; una vez más, el tamaño del brazo y los pesos a los lados –por la inercia que tienen– son quienes determinan cómo de rápido puede girar la rueda, es decir, el tiempo entre tic-tac:

Finalmente, un ejemplo de la época: el reloj mecánico aún en funcionamiento más antiguo del mundo del que tengo noticia. Fue instalado en la Catedral de Salisbury, en Inglaterra, alrededor de 1386, y como puedes ver el sistema sigue siendo el mismo, la inercia de los pesos espaciando el ritmo de giro:

En los tres siglos posteriores se realizaron dos mejoras fundamentales sobre los relojes como el de Salisbury. Por un lado, era posible obtener energía que no fuera potencial gravitatoria (de pesos o agua), utilizando la energía potencial elástica de un muelle. Al enrollar una lámina metálica arrollada en espiral, por ejemplo, se almacenaba energía que luego se liberaba cuando la lámina volvía a desenrollarse… sólo que no podía hacerlo muy rápidamente, claro, porque se topaba con un escape. La ventaja de los muelles era, naturalmente, que ocupaban muchísimo menos espacio que los pesos unidos a cuerdas como los de los relojes de las iglesias; fue posible entonces pensar en la miniaturización de los relojes, que ya no tendrían que ser grandes armatostes con enormes pesos colgando de cuerdas.

Pero, para eso, era necesario mejorar también el escape: el escape a varilla requería dos pesos razonablemente grandes en los extremos de la varilla. Sin embargo, el mismo concepto (un movimiento alternante debido a la inercia y empujado por la rueda dentada) podía mejorarse y hacerse más pequeño utilizando una rueda metálica cuya masa estuviera casi toda en el borde, una rueda de balance. La rueda tendría topes a uno y otro lado, o un muelle espiral como el que proporcionaba energía al reloj, de modo que girase en uno y otro sentido de forma alterna, como la barra del escape a varilla, pero de un modo mucho más compacto.

Naturalmente, dado el pequeño tamaño de estas ruedas en los relojes portátiles (al principio, de bolsillo, luego también de pulsera) hacía que oscilasen muchísimo más rápido que los grandes escapes a varilla anteriores. Aquí tienes un ejemplo:

Con el tiempo, los muelles y las ruedas de balance se fueron haciendo más y más precisos, y hoy en día algunos son de una precisión extraordinaria, aparte de ser mucho más baratos que entonces. Sin embargo, antes de que esa tecnología mejorase lo suficiente, alguien lograría batir el récord de precisión de Ctesibio utilizando un sistema bastante distinto: el péndulo.

Según Vincenzo Viviani, biógrafo de Galileo Galilei, la curiosidad del genial italiano se despertó al observar las oscilaciones de un candelabro en la Catedral de Pisa: el tiempo que tardaba en oscilar el candelabro no cambiaba cuando éste iba perdiendo energía y oscilando con una amplitud menor. Desde luego, hoy sabemos que esto sólo es cierto para oscilaciones pequeñas: si un péndulo oscila un ángulo muy grande, el período de oscilación sí varía con la amplitud, pero Galileo realizó experimentos con ángulos pequeños.

Piensa en la importancia de este hecho: un sistema oscilante con un tiempo de oscilación constante, ¡incluso aunque vaya perdiendo energía poco a poco! De hecho, es algo muy similar en cuanto a la esencia al escape de varilla, pero la naturaleza del péndulo hace que su frecuencia de oscilación sea mucho más precisa y constante que la de aquél, ya que el escape a varilla oscila ángulos enormes (unos 90-100°), mientras que los péndulos suelen oscilar un ángulo mucho mas pequeño (unos 5°), que garantiza la constancia del período. Hago énfasis en este hecho porue es común oír que la ventaja del péndulo es que es inherentemente más preciso, pero la razón de esa mayor precisión es que el ángulo es muchísimo menor en el caso del péndulo.

Diseño del reloj de péndulo de Galileo, 1641 (imagen de dominio público).

Galileo, claro está, era un genio, y enseguida pensó en utilizar el péndulo para regular el escape de los relojes… pero no fue el primero en hacerlo. El que lo hizo fue otro genio: el holandés Christiaan Huygens en 1656. Éste mejoró el diseño del escape a varilla, manteniendo la rueda dentada y las dos lengüetas, pero en vez de hacer que éstas estuvieran unidas a un par de pesos en los extremos de la varilla, unió el eje de las lengüetas a un péndulo oscilante. El resultado: el reloj más preciso del mundo hasta entonces. Los relojes de escape a varilla tenían un error de unos 15 minutos por día; Huygens consiguió dividir este error por 60 y lograr 15 segundos por día. ¡Toma castaña! Los péndulos empezaron a extenderse por todo el mundo como setas, e incluso la mayor parte de los relojes ya existentes se modificaron para utilizar péndulos –afortunadamente, no todos, o no podríamos disfrutar ahora de maravillas como el de Salisbury–.

Diseño del reloj de péndulo de Huygens, 1656 (imagen de dominio público).

Una vez más, se trataba de un hito en la historia de la relojería; una vez más, harían falta casi tres siglos para mejorar el diseño de Huygens de manera radical. Pero, como ya ha sucedido antes en este artículo, esto no quiere decir que no se realizasen mejoras graduales. La fundamental, que se extendió como la pólvora tras su invención, fue casi contemporánea del péndulo de Huygens, y no está muy claro quién fue su verdadero inventor –sospecho que más de uno simultáneamente–. Se trataba del escape de áncora, y es otra maravilla que, más allá de sus aplicaciones prácticas, supone un placer estético difícil de describir: hace falta verlo funcionar.

Animación de un escape de Graham.

Sí sabemos que el primero en construir un reloj con escape de áncora fue Joseph Knibb en 1670, en el reloj de Wadham College en la Universidad de Oxford. La idea es, una vez más, muy elegante y sencilla. Simplemente hace falta unir el péndulo oscilante a un áncora (por la forma que tiene, similar al ancla de los barcos) de dos brazos que se alternan enganchándose entre los dientes de la rueda. En muy poco tiempo se crearon variantes más precisas de la forma original, como el escape de Graham. Si comprendiste los anteriores escapes, el de áncora y sus variantes no debería presentar ninguna dificultad:

¿No es fantástico? Pero a lo largo del tiempo se fueron desarrollando muchos otros tipos de escape para los relojes de péndulo (aunque casi todos los modernos usan el de Graham). Aquí tienes uno de muchos construidos con piezas de Lego, basado en un diseño de Galileo:

Si vas a la página correspondiente en youtube, puedes explorar muchísimos otros diseños diferentes hechos también con Lego. Podría mirarlos horas…

Con los años siguieron apareciendo otros avances graduales, pero aún faltaba uno del que no suele hablarse a menudo: la accesibilidad a los relojes de precisión. Sí, los relojes de Huygens y compañía son maravillosos, pero los relojes mecánicos requieren, para tener cierta precisión, de una fabricación cuidadosísima y piezas minuciosamente confeccionadas. Como consecuencia, sólo quienes tenían grandes medios económicos podían disponer de relojes de precisión, y esto seguiría siendo así hasta el siguiente hito tras el escape y el péndulo; pero para alcanzar este siguiente paso hacía falta que la Física avanzase bastante, y que la electricidad entrase en escena.

La primera entrada de la electricidad en los relojes fue la obvia: como fuente de energía. El escocés Alexander Bain fue el primero en patentar un reloj movido por electricidad en 1840, y en unas décadas el uso de la corriente eléctrica como fuente de energía en los relojes se extendió bastante. Sin embargo, los primeros relojes electromecánicos no suponían un verdadero avance en precisión: o bien se empleaba una pila para mantener el péndulo en movimiento, o bien se utilizaba el electromagnetismo para realizar movimientos oscilantes como los del péndulo. De modo que no se aumentó sensiblemente la precisión, ni se eliminó la necesidad de maquinaria precisa y costosa para tener relojes de calidad. Hacía falta algo más.

Ese “algo más” fue descubierto en 1880 por Jacques y Pierre Curie. Algunas sustancias, como ciertos cristales y materiales cerámicos, exhibían una propiedad muy interesante: al aplicar fuerzas sobre ellas que modificasen su forma, como por ejemplo comprimiéndolas o tensándolas, el material quedaba eléctricamente cargado. Aunque la razón se escapa al alcance de este artículo, dicho rápidamente, al comprimir uno de estos cristales se produce una cierta polarización, es decir, una minúscula separación de las cargas eléctricas que constituyen el cristal. Es como si, al comprimir o tensionar el cuerpo, apretásemos unos átomos contra otros o los tratáramos de separar, y éstos reaccionasen “deformándose” y mostrando sus cargas como consecuencia. El fenómeno se denominó “electricidad por compresión” o piezoelectricidad.

Como consecuencia de esta separación de cargas aparece un voltaje entre los extremos del trozo de material que puede llegar a ser grande si las fuerzas de deformación son suficientemente intensas. Sin embargo, durante cierto tiempo la piezoelectricidad fue simplemente una curiosidad, un fenómeno de laboratorio interesante pero inútil en la práctica. Posteriormente se ha utilizado para multitud de usos, y su importancia es enorme hoy en día, pero eso era difícil de predecir en su descubrimiento aunque sea obvio ahora.

Un año después del descubrimiento de los Curie, el franco-luxemburgués Gabriel Lippmann demostró teóricamente que el fenómeno debía ser reversible: si al comprimir un material piezoeléctrico aparecía un voltaje en él, si se ponían electrodos en los extremos del material con un voltaje entre ellos, el material modificaría su forma, comprimiéndose y estirándose. Los Curie se pusieron manos a la obra en el laboratorio, y verificaron que lo que Lippmann sostenía era cierto. En pocos años, la piezoelectricidad alcanzó un gran nivel de precisión y se conocían las propiedades piezoeléctricas de multitud de materiales con gran detalle, entre ellos el cuarzo (que es un cristal de dióxido de silicio, SiO₂).

Como digo, la piezoelectricidad tiene infinidad de usos, pero respecto al que nos interesa hoy, la segunda parte del descubrimiento fue el hecho de que un cristal piezoeléctrico, al sufrir compresiones y estiramientos repetidos debidos a una corriente eléctrica alterna se pone a vibrar: se comprime, se estira, se comprime, se estira… y lo hace con un ritmo fijo y determinado que depende del material, sus dimensiones y la posición de los electrodos. Al igual que si das energía a un columpio o un péndulo para hacerlo oscilar éste lo hace con un período de oscilación que depende de sus características físicas (como la longitud de la cuerda del péndulo), los cristales piezoeléctricos vibran con una frecuencia de resonancia característica.

La exactitud de la frecuencia de vibración de estos cristales era tan enorme que dejaba muy atrás la de los péndulos: los cristales piezoeléctricos garantizaban un ritmo fijo y constante, exactamente lo que es necesario para llevar la cuenta del tiempo. Pero claro, a diferencia de un péndulo que puede oscilar una vez por segundo, los cristales de cuarzo y otros materiales vibran muchos miles de veces cada segundo… ¿cómo utilizar esa vibración rapidísima para contar el tiempo? No existían piezas mecánicas con engranajes que pudieran girar a esa velocidad. La solución era olvidar toda la parte mecánica para contar el tiempo –aunque se siguieran usando agujas, por ejemplo, para señalar las horas–: hacía falta pasarse a una manera totalmente electrónica de contar el tiempo.

Pero la electrónica estaba, en tiempos de los Curie, aún en pañales. Los laboratorios de la Bell Telephone Company estadounidense lograron construir el primer reloj de cuarzo en 1927, diseñado por J. W. Horton y Warren Marrison, pero se trataba, como en los años inmediatamente posteriores, de relojes bastante grandes, ya que empleaban tubos de vacío y otros mecanismos de la “electrónica primitiva”. Haría falta esperar al desarrollo de los semiconductores y la electrónica moderna para lograr una verdadera miniaturización y abaratamiento de todo el proceso.

El cristal de cuarzo de los relojes modernos se corta para tener la forma y dimensiones adecuadas, de modo que vibre exactamente 2¹⁵ (32768) veces cada segundo. Esas dimensiones, por cierto, son muy pequeñas (0,3 mm de grosor y sólo 4 mm de longitud), y la variación sobre este número es minúscula si el cristal se corta con cuidado. Basta luego con que un circuito electrónico “cuente” el número de veces que ha vibrado el cristal — cada treinta y dos mil setecientas sesenta y ocho veces aumenta los segundos transcurridos en uno, y listo. Dada la enorme frecuencia de vibración, es posible incluso medir tiempos más pequeños, contando un menor número de vibraciones.

Claro, una vez los cristales oscilantes de cuarzo entraron en acción, el pobre Huygens se quedó en la estacada, ¡pero había reinado más de un par de siglos! La precisión de los relojes de cuarzo supera con mucho los 15 segundos por día del reloj de Huygens: alrededor de 0,5 segundos por día, 60 veces más precisos que el de péndulo del holandés y 3600 veces más precisos que los anteriores a él. Pero la ventaja fundamental –en mi opinión, claro– de los relojes de cuarzo no es su precisión, sino el abaratamiento del coste y la miniaturización sencilla.

El primer reloj de pulsera de cuarzo: Seiko Astron, 1967.

Según los relojes de cuarzo fueron mejorando a lo largo del siglo XX, y sobre todo desde que Seiko fabricó el primer reloj de cuarzo de pulsera en 1967, cualquier persona pudo comprar un reloj barato y preciso. El reloj de precisión dejó de ser sólo para unos pocos y fue de las masas. Irónicamente, el reloj más barato –de cuarzo– muchas veces es más preciso que el caro –de escape mecánico–, que sigue siendo a menudo un bien de lujo a pesar de ser menos eficaz que el otro. Pero no quiero dejar pasar la oportunidad sin hacer énfasis en esto: en muchas ocasiones, y ésta es una de ellas, la tecnología es el gran igualador, y supone una revolución social profunda a la par que discreta.

El caso es que, a partir de 1930, aunque los relojes de cuarzo aún no habían llegado a la mayor parte de la población por el gran tamaño debido a los tubos de vacío y demás, su gran precisión los había convertido ya en el estándar de tiempos. En cierto sentido, habían superado a la propia referencia primitiva del tiempo, ya que en 1932 fue posible, empleando un reloj de cuarzo, medir variaciones en el período de la rotación terrestre: habíamos superado a la propia Tierra como reloj. Pero, ¡ay, qué efímera es la fama!, el cuarzo reinaría durante poco tiempo como sistema de máxima precisión (aunque sigue reinando hoy en día en cuanto al número de relojes). Ctesibio mantuvo su récord durante milenios, Huygens durante siglos, pero el cuarzo sólo lo mantendría durante unas pocas décadas. Y, mientras que Huygens fue superado en precisión por un factor de 60, el cuarzo fue superado por… bueno, paciencia.

El nuevo (y actual) líder sería el reloj atómico, e irónicamente el concepto era más antiguo que el del reloj de cuarzo, aunque llevarlo a la práctica fuera realmente difícil. Al fin y al cabo, se trata simplemente de continuar con la tendencia que hemos recorrido en este artículo en dos partes: la utilización de sistemas físicos cada vez más simples, pequeños y rápidos, de modo que haya menos variaciones incontroladas. Incluso en el caso de los cristales piezoeléctricos, controlar exactamente el tamaño y la forma del cristal no es fácil, de ahí que haya una cierta imprecisión inherente a la fabricación del cristal (además del resto de la electrónica del reloj). El siguiente paso es observar el comportamiento de los átomos, ya que éstos sufren fenómenos físicos con frecuencias propias, algo que se conocía desde el siglo XIX; el ínclito Lord Kelvin ya propuso utilizar las vibraciones atómicas como sistema cronométrico… aunque en abstracto, claro.

Pero la idea es precisamente ésa: eliminar las formas físicas, los tamaños, el rozamiento, todo lo que hace difícil predecir el comportamiento de la materia macroscópica con precisión debido a variables casi imposibles de controlar; ten en cuenta que estamos tratando de superar 0,5 segundos por día. La solución es emplear frecuencias de resonancia, como la del péndulo o la del cristal piezoeléctrico… pero a escala atómica. El primero en lograrlo de forma práctica fue el National Bureau of Standards, NSB (Oficina Nacional de Estándares) estadounidense en 1949, empleando resonancia magnética sobre moléculas de amoníaco, ¡pero aún era un reloj menos preciso que los de cuarzo contemporáneos! Lo relevante del reloj del NBS de 1949 no fue la precisión, sino el concepto, que luego se iría mejorando.

El reloj atómico NIST-F1 con dos de sus diseñadores, Steve Jefferts y Dawn Meekhof.

Hay varios tipos de relojes atómicos, pero todos se basan esencialmente en lo mismo: en hacer que átomos o moléculas absorban energía y la liberen con frecuencias determinadas, de acuerdo con la mecánica cuántica, ya que sólo ciertas transiciones pueden existir en los estados ligados, como vimos en la serie de Cuántica sin fórmulas. Voy a describir brevemente el funcionamiento de uno en concreto, el reloj de fuente atómica de cesio desarrollado por la misma institución de antes, con otro nombre (ahora se llama National Institute of Standards and Technology, NIST, o Instituto Nacional de Estándares y Tecnología).

Este reloj, el NIST-F1, fue puesto en marcha en 1999 y en su momento fue el reloj más preciso nunca construido. Dentro de él hay una cámara en la que se ha hecho el vacío, y en ella se introduce cesio gaseoso. El gas de cesio se enfría utilizando láseres, que básicamente se dirigen contra los átomos de cesio desde sentidos opuestos para que “apelotonen” los átomos juntos y reduzcan su movimiento aleatorio. De este modo, es como si “borrásemos” de la memoria del cesio su interacción con el exterior, reduciendo la energía cinética de los átomos al mínimo posible. El enfriamiento por láser ha sido una de las mejoras fundamentales de los relojes atómicos en las últimas dos décadas, por cierto.

Primer paso: los láseres enfrían la bola de cesio gaseoso lo más posible.

Una vez los átomos de cesio se mueven tan lentamente como es posible (es decir, el gas está tan frío como es posible), otro par de láseres se apunta hacia el cesio desde abajo, empujando la bola gaseosa hacia arriba e introduciéndola en una cámara inundada por microondas de cierta frecuencia, lo más parecida posible a la frecuencia propia de la transición energética del cesio que se quiere emplear. Evidentemente, la frecuencia en cuestión se conoce muy bien, pero el objetivo es conseguir esa frecuencia con una precisión casi inimaginable (luego verás cuánta), de modo que es casi imposible acertar la primera vez.

Segundo paso: dos láseres empujan la bola de cesio hasta la cima de la cámara bañada en microondas.

Los láseres que hacen “levitar” la bola de cesio se apagan entonces, de modo que la bola, sometida a la fuerza de la gravedad y sin nada que la sustente, va cayendo hacia abajo a través de la cámara. Si la frecuencia de las microondas está bastante alejada de la frecuencia de resonancia del cesio que quiere emplearse, los átomos absorberán pocos fotones de microondas y tendrán casi la misma energía que al principio; cuanto más se acerque la frecuencia de las microondas a la propia de la transición del cesio, más energía será absorbida por el gas según desciende.

Tercer paso: los láseres se apagan y el cesio desciende, absorbiendo más o menos energía de las microondas.

Finalmente, una vez el cesio ha salido otra vez por el fondo de la cámara de las microondas, se hace incidir sobre ellos un pulso de láser que provoca la liberación de la energía almacenada, de modo que los átomos emiten luz fluorescente. La cantidad de energía liberada, claro, depende de cuánta se absorbió en la cámara de microondas: si “acertamos” con la frecuencia de las microondas, entonces muchos átomos habrán ganado energía y la liberarán ahora. Si hicimos una elección horrible, no habrá la menor fluorescencia.

Cuarto paso: se provoca la fluorescencia de los átomos, que dependerá de la exactitud de la frecuencia de las microondas.

¿Qué se hace entonces? Se varía un poquitín la frecuencia de las microondas hacia arriba o hacia abajo y se vuelve a repetir el proceso: se enfría el gas, se eleva hacia dentro de la cámara, se deja caer mientras absorbe energía, etc. (puedes ver un vídeo de animación del proceso aquí). Si con la nueva frecuencia se logra mayor fluorescencia es que es más parecida a la de la transición energética del cesio que queremos emplear, si hay menos es que nos alejamos de la frecuencia adecuada y debemos variarla en el sentido opuesto. Tras un número más o menos largo de variaciones de frecuencia, primero mayores y luego más y más sutiles, tenemos una cámara resonante con microondas que vibran a una frecuencia casi exactamente igual que la del cesio.

¿Qué quiere decir “casi exactamente”? Como dije antes, de una precisión apabullante. La precisión del NIST-F1 en el momento de su construcción era de unos 0,000000000137 segundos por día. Dicho de otro modo, para que el error del reloj sea de 1 segundo haría falta esperar unos 20 millones de años. Como hemos visto antes, cada mejora en la precisión de los relojes según avanzaba la tecnología se producía en un factor de 60… pero este paso deja los relojes de cuarzo en la picota por muchísimo más. ¡Pero es que los relojes atómicos han seguido avanzando desde 1999! Para empezar, cada vez son más pequeños y baratos, pero además, los más modernos –incluido el propio NIST-F1, que se ha ido refinando con el tiempo– pueden llegar a precisiones de 1 segundo cada 60 millones de años, es decir, una precisión tal que, a efectos prácticos y a lo largo de una vida humana, definen el propio paso del tiempo.

Esto no es una manera de hablar: desde 1967, un segundo es la duración de 9 192 631 770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio-133. Observa, además, cómo la precisión ha ido aumentando según el proceso físico que utilizamos para medir el tiempo se hace más rápido: el movimiento de rotación de la Tierra, la caída del agua o la combustión de una vela, la oscilación de contrapesos, un muelle o un péndulo, la vibración de un cristal piezoeléctrico y, finalmente, la frecuencia de la radiación electromagnética emitida y absorbida por los átomos. ¿Quién hubiera dicho a Ctesibio que los relojes utilizarían fenómenos que se producen nueve mil millones de veces cada segundo?

Puedes encontrar este artículo y otros como él en el número de marzo de 2010 de nuestra revista electrónica, disponible a través de Lulu:

En el siguiente artículo de la serie nos zambulliremos en la historia y funcionamiento de la lavadora.

Para saber más:

• Escapement
• Reloj de cuarzo / Quartz clock
• Reloj atómico / Atomic clock
• NIST-F1 fountain clock.

En la serie Inventos ingeniosos nos fijamos en objetos de la vida diaria y buceamos en sus orígenes, historia y funcionamiento. Tratamos en ella de mostrar cómo las cosas que damos por sentado, por verlas todos los días, han requerido de mentes agudas e ingeniosas para existir, y casi todas tienen una historia interesante detrás. En las últimas entradas de la serie nos hemos fijado en inventos eminentemente químicos, el pegamento y el jabón, de modo que hoy nos centraremos en uno físico: el reloj.

Como solemos decir en esta serie, hubo un tiempo en el que no había relojes… pero la verdad es que no sabemos cuándo. Al igual que sucedía con el pegamento y el jabón, los orígenes del reloj se pierden en la oscuridad de la prehistoria, puesto que, como aquéllos, el reloj responde a una necesidad ancestral, más importante aún que la de pegar cosas o lavarlas: la de llevar la cuenta del tiempo. De ahí proviene precisamente la palabra reloj, del latín horologium y ésta a su vez del griego ωρολογιον, “estudio de las horas”.

Desde luego, al principio no fueron precisamente las horas las que se contaban, pero medir, aunque sea con muy poca precisión, el paso del tiempo es necesario para la propia supervivencia. La cuestión de medir el paso del tiempo, si la miramos con cierta profundidad, es de una complejidad apabullante, puesto que el propio concepto de tiempo es algo que se nos escapa, salvo que hagamos definiciones circulares del estilo “el tiempo es lo que miden los relojes”, con lo que ¿qué miden los relojes? Si quieres profundizar en este concepto, te recomiendo encarecidamente la serie de Lucas Eso que llamamos “tiempo”, porque en este artículo obviaremos el aspecto filosófico para centrarnos en el práctico: cómo medir el ritmo de cambio de las cosas, lo que quiera que eso sea en último término.

Porque, para un cazador-recolector de los albores de nuestra existencia como especie, la naturaleza última del tiempo no era tan importante como saber cuándo llegaría la siguiente migración de sus presas, en qué momento habría que haber almacenado suficiente comida para pasar el invierno o cuánto tiempo faltaba para el deshielo. Afortunadamente, el propio paso de las estaciones es un “reloj natural”, y lo hemos utilizado desde siempre, como cualquier otro animal. Por una parte, la precisión que se logra de ese modo no es muy grande; por otra, no hace falta mayor precisión hasta que nuestra existencia se vuelve más compleja, y este modo de medir el tiempo no requiere de ningún instrumento de medida.

Incluso lograr una precisión aún mayor requiere simplemente de una buena memoria y un sistema numérico razonablemente simple: no hay más que fijarse en determinados movimientos en el firmamento que se repiten con una regularidad muy grande, como los del Sol o la Luna. No estoy hablando aún de relojes solares ni nada parecido, sino simplemente, por ejemplo, de contar las fases de la Luna o, para mayor precisión, los amaneceres. Los primeros “relojes físicos” fueron, probablemente, objetos sobre los que se iban marcando muescas cada amanecer o cada luna llena.

Hueso de Ishango.

Un posible ejemplo de esto es el hueso de Ishango, descubierto en la frontera actual entre Uganda y el Congo. Se trata de un peroné de babuino, probablemente del Paleolítico Superior; no sabemos exactamente su antigüedad, aunque parece ser de varias decenas de miles de años. Tampoco sabemos cuál fue su utilidad, pero algunos paleoantropólogos piensan que puede tratarse de una especie de “reloj lunar” de seis meses. Incluso si no lo fuera, es muy probable que otros objetos (huesos como éste, trozos de madera, muescas en piedras o paredes) fueran utilizados para llevar la cuenta de los días desde mucho antes de la existencia del hueso de Ishango; no hace falta un gran ingenio para contar los días aprovechando la regularidad de los movimientos celestes: seguro que tú o yo, si acabásemos en una isla desierta, utilizaríamos algo así para contar el tiempo, con lo que tendríamos una precisión de 1 día a cambio de no necesitar pensar demasiado.

Ir algo más allá y llevar la cuenta del tiempo dentro de un mismo día con cierta precisión sí requiere de algo más de ingenio. Una vez más, la clave de la cuestión es utilizar algún proceso físico que se produzca con la mayor regularidad posible. Los propios movimientos astronómicos son muy regulares, y no hay más que aprovecharlos con más cuidado que simplemente “contar los amaneceres”, utilizando, por ejemplo, el movimiento de las sombras de diversos objetos. De ahí que los siguientes relojes más sencillos y antiguos de los que tenemos noticia son los relojes de sol, con los que es posible obtener una precisión sorprendentemente grande a cambio de algunas limitaciones.

El uso de los movimientos astronómicos para llevar la cuenta del tiempo, además de ser probablemente el primero empleado, ha sido nuestro estándar de medida del tiempo durante milenios; hasta 1967, la unidad de medida del tiempo en el Sistema Internacional de Unidades, el segundo, se definía como una determinada fracción del período de la Tierra en su movimiento alrededor del Sol. No fue hasta ese año que se empleó un fenómeno físico menos particular y más regular, una transición electrónica del cesio, como base para definirlo (y de ello hablaremos en la segunda parte de este artículo). De modo que algunos lectores senectos, como Macluskey, nacísteis con una unidad temporal basada en el mismo patrón que el hueso de Ishango.

No sabemos en qué momento se construyó el primer reloj de sol, pero una vez más, probablemente fue relativamente pronto; no hay más que clavar un palo en el suelo, marcar los lugares en los que sale y se pone el Sol, y dividir el arco entre esos lugares con la mayor precisión posible. Desde luego, hacerlo bien requiere ciertos conocimientos astronómicos y geométricos, y existen limitaciones físicas inherentes a este diseño pero, como veremos en un momento, hicieron falta milenios para alcanzar una precisión mayor de la que puede lograrse mediante los relojes solares.

Hay quien piensa que el reloj más antiguo conocido es el reloj solar de Knowth, en Irlanda, aunque siempre es difícil estar seguro de cuál era el uso que se daba a las cosas en el momento en el que fueron construidas. La verdad es que, viendo lo que se conserva del posible reloj de Knowth e imaginando un palo insertado en el agujero, es verosímil pensar que se trataba precisamente de un reloj solar, datado alrededor de 5000 años antes de nuestra era. Juzga tú mismo:

Posible reloj solar de Knowth (Knowth.com).

Desde luego, sabemos que los antiguos babilonios medían el tiempo mediante el Sol con cierta precisión, como también lo hacían los egipcios, pero el primer testimonio indudable de un reloj solar, pues no se trata sólo de un objeto sino de un relato contemporáneo de él, data de alrededor de 700 a.C., y se encuentra en varios pasajes del Antiguo Testamento en los que se describe un reloj de sol, el de Ahaz. Sin embargo, estamos seguros de que hubo otros mucho antes entre casi todos los pueblos de la Antigüedad, aunque no haya testimonios tan claros como en este caso.

Tampoco cabe duda de que, igual que es muy fácil fabricar un reloj de sol simple, es difícil hacer que sea muy preciso. Por un lado, el tiempo que tarda la sombra en moverse no es uniforme si se utiliza una superficie plana sobre la que proyectar la sombra, y además todo cambia dependiendo de la latitud, la longitud y la estación del año. En otras palabras: para construir un reloj de sol preciso hace falta saber astronomía y geometría con cierta solidez. Traducción inmediata: los griegos clásicos construyeron relojes de sol excepcionales. Aunque se piensa que ellos mismos obtuvieron la idea de los babilonios, en la Grecia helenística el reloj de sol se convierte en un instrumento de precisión, tan alejado de un palo pinchado en el suelo como la Capilla Sixtina de uno de mis dibujos.

Reloj solar de diseño griego del siglo III-II a.C. encontrado en Ai Kahnoum, Afganistán (PHGCOM/CC 2.5 Attribution Sharealike License).

De hecho, casi todas las culturas posteriores –al menos, las que tuvieron contacto directo o indirecto con los griegos– utilizaron para sus relojes solares los diseños griegos: los romanos, los árabes, los indios, los afganos… Los relojes griegos utilizaban refinamientos como la orientación del objeto que proyecta la sombra o gnomon, que no tenía por qué ser perpendicular al suelo, y la forma geométrica de la superficie sobre la que se proyectaba la sombra, que no tenía por qué ser plana, y con ellos obtuvieron precisiones excelentes para la época, precisiones de unos minutos que no serían superadas durante siglos ni siquiera con relojes mecánicos de los que hablaremos luego.

Esto no quiere decir que los relojes griegos fueran inmejorables; poco a poco fueron creándose diseños nuevos según avanzaban la trigonometría y la astronomía. Los árabes mejoraron los diseños griegos, y también lo hicieron los italianos renacentistas. Con mayor conocimiento del movimiento de la Tierra alrededor del Sol y herramientas de fabricación más precisas es posible lograr relojes solares cuya precisión, al menos a mí, resulta increíble. Hoy en día se fabrican relojes solares con una precisión inferior al minuto, teniendo en cuenta todos los factores (fecha, lugar en la Tierra, orientación del gnomon y forma de la superficie, etc.).

Reloj solar de precisión moderno (Hoffmann Albin/CC Attribution Sharealike 3.0 License).

Pero, por mucha precisión que tenga un reloj solar, tiene limitaciones inherentes al propio concepto: para empezar, requiere del Sol. Aunque es posible construir relojes que puedan proporcionar la hora durante la noche utilizando la Luna –relojes lunares–, ni son igual de precisos, ni sirven siempre, ya que la Luna es bastante más irregular que el Astro Rey en la luz que nos llega de ella. Eso sí, incluso hoy en día es un placer poder medir el tiempo con la precisión de la que somos capaces utilizando el Sol, con relojes que carecen de una sola pieza móvil.

Una limitación inevitable de estos relojes es que, independientemente de que requieran del cuerpo celeste correspondiente en el cielo, los relojes astronómicos de este tipo necesitan de un cielo claro (porque si hay suficientes nubes, olvídate de saber la hora), y son difícilmente portátiles. Sí, han existido relojes solares de muñeca… pero no es la cosa más práctica del mundo, y en ese caso sí que es casi imposible tener la más mínima precisión. Hacían falta, por tanto, alternativas a los relojes solares, y estoy seguro de que casi en paralelo con ellos se trató de utilizar el ingenio para construir otros diferentes.

Al fin y al cabo, lo único que hace falta es un proceso que se produzca a un ritmo fijo, y una manera de traducir ese proceso a números o marcas que permitan saber el tiempo transcurrido. Por ejemplo, desde muy antiguo se han utilizado relojes en los que se produce una combustión a cierto ritmo más o menos fijo para marcar la hora: relojes de combustión. Se puede hacer esto simplemente con una vela, midiendo el tiempo que tarda en consumirse y haciendo luego marcas en una vela idéntica; los relojes de vela son probablemente de los primeros en construirse que no dependen de movimientos celestes. En algunos casos incluso se clavaban clavos o alfileres en la vela separados distancias fijas, de modo que el ruido de los objetos al caer marcaba las horas.

Algo parecido puede conseguirse quemando cualquier otra cosa cuya combustión sea más o menos regular, como el aceite o el incienso, con los relojes correspondientes. Los de incienso, por ejemplo, fueron muy populares en la antigua China. Como siempre, es posible ser burdo (como sería yo mismo, si tuviera que fabricar un reloj de vela), pero también es posible alcanzar el otro extremo, la elegancia y delicadeza, por ejemplo, del reloj de vela de Al-Jazari. Este genio era un matemático, astrónomo, artista, ingeniero e inventor mesopotámico del apogeo científico del Islam, en 1206, y construyó una verdadera maravilla. Su reloj tenía una vela, cuya cera se iba derritiendo según la vela se consumía y caía a un depósito inferior. La vela estaba unida, mediante poleas y cables, a un contrapeso. Según la vela iba pesando menos, el contrapeso bajaba y la vela iba subiendo, elevando a su vez una figura que marcaba la hora. No me negarás que, precisión aparte, es una belleza:

Sin embargo, existen dos problemas inherentes a este tipo de relojes; uno de estos problemas es más inmediato de comprender, el otro no tanto, y uno tiene una solución más fácil que el otro (de hecho, uno lo acarrearemos durante siglos en esta historia).

El primer problema consiste en que el ritmo de combustión no es regular. No estoy hablando ya de golpes de aire, sino también de la concentración de oxígeno en la habitación, la temperatura de la cera o el aceite, etc. De modo que es imposible construir un reloj de combustión que sea muy preciso, ya que el ritmo del proceso físico que marca el paso del tiempo no es realmente regular. Sí es posible intentar controlarlo hasta cierto punto, desde luego, y para ciertos usos probablemente era preciso de sobra.

El segundo problema es que cualquier reloj de combustión consume su combustible tarde o temprano y se para. Hace falta que alguien encienda otro en algún momento, y el paso de una vela a otra, o de una lámpara a otra, conlleva necesariamente cierta imprecisión; incluso si uno es cuidadoso y rellena desde una marca hasta otra el aceite de la lámpara mientras ésta brilla, es imposible que la cantidad de aceite sea la exacta, y el vertido de aceite alterará inevitablemente la hora marcada. ¡Y esto supone que no se te pasa el tiempo y llegas cuando el reloj ya se ha apagado! Claro, si uno es un ricachón de la antigua Roma, siempre puede haber un esclavo o dos cuya responsabilidad sea estar pendiente del reloj de turno… pero tarde o temprano, la cosa falla.

Y es que este segundo problema es bastante más insidioso de lo que parece a primera vista: cada cambio de vela, de aceite o de incienso supone una ligera imprecisión. Pero, a diferencia de los relojes solares, aquí los errores se suman cada vez. Es decir: si construyo un reloj de Sol y miro la hora un día, y luego lo destruyo y miro la hora en otro que fabrico dos días después, puesto que el proceso físico que utilizo (la rotación terrestre) es independiente de que la observe o no y de cómo lo haga, mis errores no se acumulan. Pero en el caso de un reloj de combustión (u otros de los que hablaremos luego), cada imprecisión se suma a las anteriores, de modo que si utilizas únicamente un reloj de combustión con “recargas de combustible” durante un año, el error acumulado sería absolutamente inaceptable.

De ahí que quienes usaban relojes de vela, o bien los usaban para medir tiempos cortos, o bien tenían también relojes solares de referencia para poner en hora los relojes de combustión cada cierto tiempo. Hacía falta aún mucho, mucho tiempo para conseguir un reloj más preciso que la rotación de nuestro planeta. Pero eso no quiere decir que no se pudiera mejorar.

Una alternativa a los relojes de combustión que también es ancestral es utilizar el ritmo constante de caída de algo para marcar el tiempo. Es el caso, por ejemplo, de los relojes de arena, pero mucho más sofisticados e importantes durante siglos fueron los relojes de agua o clepsidras (del griego “ladrón de agua”). La idea es sencilla: el fluido cae de forma constante desde un recipiente sobre otro, y mediante muescas, engranajes o cualquier otro sistema se determina la cantidad de fluido que se ha vertido, midiendo así el tiempo.

Clepsidra egipcia.

La sencillez es tan grande que las primeras clepsidras son probablemente no muy posteriores a los primeros relojes solares. Tenemos noticia de clepsidras simples desde alrededor de 1 400 a.C. en el antiguo Egipto. Pero en este caso sucede lo mismo que con los relojes solares: seguro que hay otros anteriores no documentados, ya que toda cultura de la que sabemos con cierto detalle las utilizó, desde Grecia hasta la India o China.

Los antiguos griegos, desde luego, las empleaban con verdadero entusiasmo casi para todo, pero especialmente para medir tiempos cortos. Algunos lupanares atenienses, por ejemplo, empleaban clepsidras para medir el tiempo disponible para cada cliente. También se empleaba para medir el tiempo de discursos o intervenciones públicas, en juicios o asuntos oficiales. Uno de sus usos más famosos durante la época helenística se lo dio el médico Herófilo de Calcedonia, quien medía el pulso de sus pacientes utilizando una clepsidra.

La razón de tanto uso para medir tiempos cortos, y no horas o días, era que una clepsidra simple no puede medir el tiempo con precisión durante períodos largos, y esto se debe a algo que tal vez te hayas planteado ya: ¡el flujo de agua no es constante! Este flujo del líquido depende a su vez de la presión que éste ejerce, y la presión depende de la profundidad desde la superficie hasta el agujero por el que sale, como es fácil comprobar si abres varios agujeros a distintas profundidades en una botella llena de agua. Una vez más, los errores acumulados serían una pesadilla a largo plazo, de modo que los relojes de agua más sencillos, al igual que eran muy fáciles de fabricar, eran terriblemente imprecisos para medir tiempos largos.

Existen dos soluciones a este problema: por un lado, es posible utilizar marcas de horas equiespaciadas y asegurar un flujo regular de agua de algún modo, utilizando dispositivos directos que eviten una gran diferencia de profundidad entre unos momentos y otros. Por otra parte, también es posible diseñar un recipiente que reciba el agua en el que las marcas de las horas no estén separadas la misma distancia, sino que se ajusten al cambio en el flujo de agua, es decir, que cuando hay mucha agua en el recipiente superior –un flujo rápido– haya mayor distancia entre marcas, y que cuando el recipiente superior esté casi vacío –flujo de agua más lento– las marcas estén más cerca unas de otras.

De modo que, igual que para lograr una mayor precisión con los relojes solares hacen falta conocimientos de astronomía y geometría, para construir una clepsidra precisa hacen falta conocimientos de física en general e hidráulica en particular. Traducción, una vez más: los antiguos griegos construyeron clepsidras que hacen que se me quede la boca abierta. La mejor de todas, la Clepsidra con mayúsculas, es un “invento ingenioso” en toda regla, una aplicación elegantísima de principios simples de mecánica de fluidos, engranajes y geometría, y fue la obra del primero de los grandes nombres de hoy, que espero grabar en tu cerebro de modo que nunca desaparezca de él: Ctesibio.

Este genio diseñó un reloj hidráulico magistral alrededor del año 240 a.C., cuyo diagrama puedes ver a la derecha y cuyo funcionamiento voy a tratar de explicar brevemente. A través del tubo M entra agua en el reloj — el de Ctesibio supone un flujo de agua constante y horas equidistantes. El agua cae en el depósito principal, en el que flota una figura, C, que marca las horas con una lanza sobre un cilindro. Según el agua cae en el depósito y el nivel asciende, la figura va subiendo y marcando una hora tras otra en el cilindro. Hasta ahí, la parte sencilla; ahora, la magistral.

Como ves en el cilindro, hay dos grupos de doce horas marcados en él. Por tanto, según la figura sube hasta arriba al llenarse el depósito, marca todas las horas del día. Pero fíjate en el fino tubo a la izquierda del principal, marcado como F B E. Según el agua llena el depósito, también asciende por ese tubito, lo cual no significa mucho… hasta que el agua llena completamente el depósito. En ese momento, la figura está marcando la hora XII del segundo grupo (es decir, ha marcado desde abajo hasta arriba las 24 horas del día)… y en ese instante el agua cae por el tubo en forma de sifón sobre la rueda que hay debajo. Como la boca F está en el fondo del depósito, por el efecto de vasos comunicantes el depósito se vaciará completamente por el sifón, y el agua que lo llenaba caerá en la rueda.

Por tanto, la figura volverá a bajar hasta el fondo, hasta la hora I, y el depósito estará vacío, y comenzará a llenarse poco a poco de nuevo: está marcando las horas del segundo día, y se ha regulado automáticamente, sin que nadie tenga que estar pendiente de él. ¡Pero es que hay más! Si sólo fuera esto, el agua del tubito en forma de sifón podría verterse en cualquier recipiente, no en una rueda con engranajes. La cuestión es que, en tiempos de Ctesibio, los griegos utilizaban el sistema horario egipcio, que no era el actual. En vez de dividir cada revolución terrestre en 24 horas, los egipcios dividían el día en dos partes (el día y la noche, separados por la puesta y la salida del Sol), y cada una de esas dos mitades en 12 horas. De ahí que el cilindro de Ctesibio no tenga simplemente 24 marcas, sino dos grupos de 12.

“¿Qué más da dividir el día en 24 horas que en dos grupos de 12 de día y noche?”, puedes estar preguntándote. Pues importa, y mucho, porque dependiendo de la latitud y la época del año, el día y la noche no duran lo mismo. En verano, los días son más largos, de modo que cada división de las 12 del día dura más de una hora actual, y las noches más cortas, de modo que las divisiones nocturnas duran menos de una hora. Y lo contrario pasa en invierno. De modo que, mientras que un reloj actual marca 24 horas diarias y ya está, un reloj de la época –si era preciso y de calidad– debía ser ajustado manualmente según iba pasando cada año, o al menos en cada estación, para tener cierto rigor.

¡Pero no el del genial Ctesibio! En este caso, el reloj se regula solo. Cada vez que cae el agua en la rueda, ésta ya no se encuentra en equilibrio, de modo que gira un “paso”. Y al girar, mediante los engranajes, hace que el cilindro gire un ángulo muy pequeño. Y, si observas con cuidado, las marcas sobre el cilindro no son líneas rectas, sino que se ajustan según pasan los días para durar lo que deben durar. En total, el cilindro da una vuelta completa cada 365 días, ajustando la duración de cada división automáticamente mediante el flujo de agua, vasos comunicantes y engranajes. Sin palabras.

De hecho, aunque sigamos hablando de otros relojes mientras tanto, te lo digo ya: nadie diseñó un reloj que pudiera compararse al de Ctesibio durante unos 1900 años, hasta que llegó otro genio del que hablaremos en la segunda mitad de la entrada, Christian Huygens. ¡Casi dos milenios!

Esto no quiere decir, claro, que nadie más construyera maravillas entre uno y el otro, aunque no fueran de la talla de la clepsidra de Ctesibio. Durante siglos y más siglos, la combinación de reloj de agua y reloj de sol (uno para medir el tiempo a corto plazo y el otro para sincronizar la clepsidra diariamente) fue fundamental, y se hicieron algunos verdaderas bellezas. El genial Al-Jazari, del que ya hablamos por su reloj de vela, construyó muchísimos relojes de agua, con mecanismos más o menos complejos.

Uno de los más interesantes relojes diseñados por Al-Jazari en el siglo XIII es el reloj del elefante, y lo es porque, aunque sigue utilizando el flujo regular de agua para medir el tiempo, no utiliza la energía potencial del agua al caer, sino la energía potencial de pesas situadas en la parte alta del reloj. Aunque no quiero dedicarle tanto tiempo como al de Ctesibio, el reloj del elefante tiene (dentro del elefante) un depósito con agua. Dentro de él hay un recipiente más pesado que el agua con un agujero en su base, de modo que poco a poco se va llenando de agua y cae hacia el fondo, de modo que tarda media hora en llegar abajo. Al hacerlo, tira de una cadena unida por un extremo a él, y por otro a un balancín en la parte más alta del reloj.

Reloj del elefante de Al-Jazari.

Al inclinarse el balancín, deja caer una pesa (una bola metálica) en las fauces de una serpiente que es, a su vez, otro balancín. La serpiente deja de estar en equilibrio y se inclina por el peso de la bola, tirando de nuevo del cuenco con el agujero para que éste suba y se vacíe de agua. Al mismo tiempo, los engranajes y cadenas unidos a la serpiente hacen que la aguja del reloj se mueva, y el mahout que monta el elefante toca un tambor. Dado que la serpiente sube y vacía el cuenco perforado cada vez, el agua siempre está dentro del elefante: para asegurarse de que el reloj nunca se pare hace falta simplemente tener bolas metálicas en la parte superior para que el balancín las recoja cada media hora.

Hacia la misma época había en Europa multitud de grandes relojes similares, tanto movidos por agua como por pesos, pero la precisión de todos ellos era bastante menor que la de la Clepsidra de Ctesibio. Hacían falta dos descubrimientos fundamentales para aumentar la precisión de estos primitivos relojes mecánicos… pero de eso hablaremos en la segunda parte del artículo, algo más larga y densa que la primera.

Puedes encontrar este artículo y otros como él en el número de marzo de 2010 de nuestra revista electrónica, disponible a través de Lulu:

Para saber más:

• Clepsydra (Ree’s Clocks, Watches and Chronometers)
• Reloj de sol / Sun dial
• Clepsidra / Clepsydra

Como tantas invenciones de la serie, se trata de algo realmente ingenioso (o no estaríamos hablando de él) y, como tantas otras veces, su descubrimiento fue accidental. Porque las claves del funcionamiento del jabón tienen que ver con la Química en general, y la Química Orgánica en particular, pero los seres humanos lo venimos utilizando desde hace milenios, comprendiendo su utilidad pero no el porqué de esa utilidad.

Para entender cómo y por qué el jabón funciona, hace falta en primer lugar recordar los conceptos de solubilidad y polaridad, algo que haremos aquí con un ejemplo lo más sencillo posible, y relacionado con lo que nos ocupa.

Imaginemos, ínclito lector de El Tamiz, que te has dado un buen chapuzón en el mar y, tras secarte al Sol, tu piel está cubierta de sal marina –en su mayor parte, cloruro de sodio, NaCl–. Librarte de esa costra de sal es muy fácil: no tienes más que darte un baño en una piscina de agua dulce, o darte una ducha rápida, y listo. Pero ¿qué está pasando realmente sobre tu piel?

Las moléculas de sal (de cloruro sódico o de cualquiera de las otras sales presentes en el océano) son moléculas polares. Si no has leído Conoce tus elementos y no sabes lo que son las capas electrónicas, te recomiendo que le des un repaso antes de seguir; el enlace formado entre el átomo de sodio y el de cloro se produce porque el sodio, con once protones y once electrones, si se libra de ese electrón tiene diez electrones, dos en la primera capa y ocho en la segunda, con lo que es estable. Y el cloro, por su parte, tiene diecisiete protones y otros tantos electrones, con lo que es estable si consigue un electrón más. Por lo tanto, al unirse ambos, el sodio cede su “electrón de sobra” al cloro, y ambos tan contentos. Pero entonces, el sodio tiene once protones y sólo diez electrones, con lo que queda cargado positivamente, y al cloro le sucede lo contrario. La consecuencia es que, dicho mal y pronto, ambos iones se quedan “pegados”.

Pero, aunque considerados juntos la carga positiva y la negativa estén en equilibrio (28 protones y 28 electrones), una parte del NaCl tiene carga positiva (el sodio) y la contraria tiene carga negativa. Es decir, hay un polo positivo y otro negativo, eléctricamente hablando. En términos del bloque de Electricidad que hemos empezado, la carga roja y la verde del NaCl están desdobladas. De hecho, esto es lo que hace que la sal forme cristales tan fácilmente, porque los iones van formando una especie de armazón –en este caso, de forma cúbica– que puede llegar a ser bastante grande, “enganchados” unos a otros por las cargas opuestas. Pero eso no es lo que nos interesa aquí; lo importante es que el NaCl, y el resto de sales del océano, son polares.

El caso del agua (H₂O) es diferente, pero no tanto como pudiera parecer. El enlace entre los hidrógenos y el oxígeno es en este caso un enlace covalente, en el que cada par de átomos comparte electrones; cada hidrógeno comparte uno con el oxígeno, con lo que el oxígeno (que tiene ocho protones y los mismos electrones) gana dos electrones y, con diez, tiene una configuración estable. Y lo mismo hace el oxígeno, que comparte un electrón con cada hidrógeno, de modo que cada H tiene dos electrones (en vez de uno, como antes de unirse al oxígeno), la configuración electrónica del helio, que también es estable. Una vez más, todos contentos, sólo que esta vez, en lugar de que un átomo “regale” electrones al otro, los átomos comparten los electrones como iguales.

¿Como iguales? No tanto. Como sabes si has leído Conoce tus elementos (o si tienes ciertas nociones de Química), el oxígeno es uno de los elementos más electronegativos –más “hambrientos de electrones”–; tan sólo el flúor le gana en ese aspecto. El hidrógeno también tiene “hambre de electrón” para ser estable, pero ni de lejos tanto como el oxígeno. Como consecuencia, aunque nominalmente compartan esos electrones, en la realidad los electrones pasan bastante más tiempo cerca del oxígeno que de los hidrógenos, y al final sucede algo parecido al caso del NaCl (aunque no tan exageradamente): que el extremo de la molécula de agua donde están los hidrógenos tiene carga ligeramente positiva, y el del oxígeno, ligeramente negativa. Una vez más, cargas “desdobladas”.

¿Qué pasa entonces cuando te das esa ducha? Que el sodio se ve atraído por el extremo del oxígeno del H₂O, y lo contrario le sucede al cloro: se ve atraído por los hidrógenos cargados positivamente. Como consecuencia, según el agua fluye sobre tu piel, va “atrapando” la sal que había en ella: la sal se disuelve en el agua. Lo mismo sucede con cualquier otra molécula polar que pueda ensuciar tu piel, tu pelo o tu ropa.

Pero ¿qué hay de las moléculas que no son polares? El ejemplo más fácil es el aceite: al tratarse de moléculas no polares (apolares), se disuelven muy mal en agua, porque el truco de “pegar la parte negativa con la positiva y viceversa” no funciona en absoluto. De ahí que, como sabes, el agua y el aceite sean inmiscibles, y si te manchas la piel con aceite y te das una ducha, sigues estando resbaladizo y grasiento. Y la solución no es mantenerse alejado del aceite, porque lo mismo le sucede a las demás grasas, como el sebo, la mantequilla, la grasa de nuestra propia piel y pelo… ¿Cómo librarse de ellas? Es un verdadero problema, porque muchas de las cosas que nos ensucian son grasas de un tipo u otro.

Para lograrlo hay dos soluciones: una es conseguir un disolvente que logre disolver, por ejemplo, el aceite. Para eso es necesario un disolvente apolar, como el propio aceite: por ejemplo, el cloroformo. Las desventajas de este sistema son que muchos de ellos son tóxicos en sí mismos o desprenden vapores que lo son, y que para producirlos hace falta una industria química relativamente avanzada (algo que nuestros antepasados no tenían). Pero hay otra solución mucho más ingeniosa.

La sal, por ejemplo, no se disuelve en aceite porque las moléculas de sal son polares y el aceite no lo es. Pero sí se disuelven en agua por lo contrario. Lo ideal sería, entonces, tener una molécula que fuera polar (y se disolviera en agua) y también apolar (para que se disolviera en aceite); pero esto, claro, es contradictorio… salvo que tengamos una molécula con una parte similar a la sal (polar) y otra similar al aceite (apolar), con la suficiente distancia entre ellas como para que, al exterior, le parezcan moléculas distintas, aunque estén unidas por una cadena de átomos más o menos larga que las mantenga unidas.

Este dibujo (que no representa ninguna molécula concreta ni pretende seguir el menor convenio de química orgánica ni tener ningún rigor) tal vez te aclare lo que quiero decir:

En algunos casos, la parte polar tendrá tanto un polo positivo como otro negativo, y en otras ocasiones sólo tendrá uno de ellos, pero el resultado es el mismo: que esa parte se disuelve muy bien en agua. Una molécula así podría disolverse en aceite y en agua al mismo tiempo. El extremo de la derecha puede disolverse en agua (es hidrófilo), y el de la izquierda no, es hidrófobo, pero al ser apolar puede disolverse en aceite, o en mantequilla. Y lo normal sería que cada extremo se fuera por su lado, disuelto en el disolvente que mejor le viene… pero, como ambos extremos están unidos porque son, al fin y al cabo, parte de la misma molécula, estamos uniendo el agua con la mantequilla sin posibilidad de separación:

Si mis manos estuvieran, por ejemplo, cubiertas de mantequilla, podría mojarlas (pero el agua no se uniría a la mantequilla), y entonces añadir este tipo de moléculas, con lo que tendría una especie de ménage à trois entre la mantequilla, esta extraña molécula y el agua. Como normalmente habrá bastante más agua que mantequilla, lo que sucedería es que estas moléculas formarían auténticos “corrales”, encerrando la mantequilla en pequeñas burbujas unidas por muchas de ellas al agua circundante. Y, cuando luego me aclarase la mano con abundante agua, al llevarse el resto del agua sobre mi piel, el agua se llevaría consigo la extraña molécula unida a ella, y la extraña molécula se llevaría la mantequilla, con lo que me habría librado, por fin, de la grasa que cubría mi piel.

Estas “moléculas extrañas” que por un lado son polares y se disuelven en disolventes polares (como el agua) y por el otro son apolares y se disuelven en disolventes apolares (como el aceite) se llaman moléculas anfipáticas o anfifílicas. Hay varios tipos pero, como ya te habrás imaginado a estas alturas, especialmente tras el ejemplo de las manos y la mantequilla, el jabón es una de ellas. Ah, pero ¿cómo demonios consigue uno una molécula tan peculiar?

Evidentemente, hay muchas maneras de hacerlo, pero hay una especial por lo relativamente sencillo que resulta con una tecnología no demasiado avanzada. Ya sé que, al principio, puede parecer imposible obtener una molécula así según el proceso que voy a describir salvo que uno tenga conocimientos de Química bastante extensos pero, como veremos luego, la casualidad a veces sorprende.

Como seguro que sabes si tienes nociones de Química, cuando un ácido y una base reaccionan, se produce una sal y otras moléculas (como agua). Existe un tipo especial de reacciones ácido-base de este tipo, en química orgánica, en la que el ácido es un ácido graso y la base es un hidróxido (por ejemplo, NaOH o KOH); se trata de reacciones de saponificación, y el resultado es una sal, pero no cualquier tipo de sal: una sal cuya molécula es bastante larga, y uno de cuyos extremos es polar e hidrofílico, mientras que el otro es apolar e hidrofóbico. ¿Te suena? Esta sal es un jabón.

¿Dónde conseguir los dos ingredientes esenciales para producir estas sales tan peculiares, si no se dispone de una industria química avanzada? Del hidróxido de potasio, KOH, también llamado potasa cáustica, ya hemos hablado anteriormente en El Tamiz: no es difícil obtenerlo a partir de la potasa producida mediante cenizas vegetales. El hidróxido de sodio, que es una base más fuerte, es más difícil de obtener, de modo que no sería empleado hasta bastante más tarde. Respecto a los ácidos grasos, ahí no hay problema, pues se pueden obtener a partir de muchas grasas animales o vegetales, especialmente al hacerlas reaccionar con… ¡sorpresa!, un hidróxido de sodio o potasio, por ejemplo.

Con lo que, por un lado, los ingredientes básicos para producir un jabón han estado con nosotros casi desde siempre: hemos dispuesto de cenizas vegetales y grasas desde los albores del tiempo. Pero, por otro lado, hace falta que –por casualidad o intencionadamente– alguien realice el proceso adecuado. Dicho mal y pronto, hace falta “cocinar” la grasa con el hidróxido, de modo que se produzca la reacción de saponificación. Si lo que reaccionase fuera directamente el ácido graso, se produciría simplemente jabón (la sal), pero cuando lo que reacciona es la grasa, se obtiene un producto adicional, la glicerina, de un modo parecido al siguiente:

Grasa saponificable + Hidróxido → Jabón + Glicerina

Por ejemplo, si el hidróxido es KOH, se puede obtener la sal palmitato de potasio (C₁₆H₃₁KO₂) junto con la glicerina, y esa sal es un jabón (de la glicerina hablaremos dentro de un momento). La molécula de palmitato potástico es, como debe ser, una larga cadena, con un extremo polar (un oxígeno con carga negativa y el potasio con carga positiva) y otra apolar. Pero, aunque los ingredientes no sean muy raros y el proceso no sea complejo, ¿a quién se le ocurre cocinar grasa con potasa cáustica en una olla?

No lo sabemos. Se trata, desgraciadamente, de algo tan antiguo que sólo podemos guiarnos por escritos y recetas, y únicamente podemos especular acerca de la mente (o mentes, en diversos lugares) con el suficiente ingenio para probar algo así, si no se trató de pura casualidad. Dado que la Química no se había desarrollado aún, parece casi seguro que la casualidad tuvo que desempeñar un papel más o menos grande: incluso si alguien se dedicó a mezclar diversas sustancias para ver los resultados, no era posible predecir lo que iba a suceder en este caso. En mi opinión, no fundada en nada sólido, lo más probable es que la casualidad produjese alguna sustancia jabonosa, y luego el proceso fuera mejorado y realizado de manera sistemática.

Existen menciones de recetas, procesos y sustancias relacionados con el jabón desde hace milenios. Una receta encontrada en una tablilla babilónica de alrededor de 2200 a.C. habla de mezclar agua, aceite de cassia y una sal alcalina, lo que produciría sin duda una sustancia jabonosa y nos hace pensar que los babilonios de la época ya empleaban el jabón, aunque no sabemos para qué (puede haber sido para lavar ropas, para el pelo, o para lavar su piel). Los egipcios también lo conocían: el papiro de Ebers, de 1550 a.C., también menciona sustancias básicas y grasa combinadas para producir una sal jabonosa. El Antiguo Testamento tiene un par de menciones acerca de lavarse con sosa o jabón, aunque no está claro exactamente a qué se refiere.

Los griegos clásicos, por el contrario, no tienen mención alguna del jabón ni de recetas para producirlo. Los romanos tampoco lo conocieron durante siglos, y parece que lo conocieron por primera vez a través de los galos. El nombre latino de la sustancia era sapo –el origen de saponificación, el nombre inglés soap, y a través del romance sapone nuestro xabón, jabón–, que a su vez parece tener su origen en una palabra muy parecida de algún idioma germánico o céltico.

De vez en cuando se lee por ahí una supuesta leyenda clásica acerca del origen del jabón. De acuerdo con la leyenda, en las laderas del monte Sapo se realizaban sacrificios de animales. Cuando llovía, la ceniza de los fuegos de los altares se mezclaba con la grasa de los sacrificios, de modo que el jabón resultante llegaba a un arroyo cercano y las mujeres que allí lavaban la ropa descubrieron que podían lavar mucho mejor utilizando esa resbaladiza sustancia.

Existen varias razones por las que esta supuesta “leyenda romana” no tiene sentido (no me refiero a que la leyenda no describa hechos reales, sino a que no se trata de una leyenda clásica sino de algo inventado posteriormente). En primer lugar, no hay mención en los textos latinos de ningún monte Sapo, ni real ni legendario. En segundo lugar, la primera mención de la palabra sapo no se produce en textos romanos hasta el siglo I d.C., algo impensable si el jabón fuera algo conocido desde tiempos legendarios. Finalmente, conocemos bastante bien el origen no latino de sapo gracias a los propios romanos. Plinio el Viejo lo describe por vez primera en el libro XXVIII de su Naturalis Historia, alrededor de 77 d.C.:

Prodest et sapo, Galliarum hoc inventum rutilandis capillis. Fit ex sebo et cinere, optimus fagino et caprino, duobus modis, spissus ac liquidus, uterque apud Germanos maiore in usu viris quam feminis.

Es decir, más o menos (corregidme sin misericordia los que sabéis latín):

También está el jabón, una invención de los Galos para hacer brillar su pelo. Se hace con sebo y cenizas, idealmente con cenizas de haya y grasa de cabra, y hay dos tipos, sólido y líquido; entre los Germanos, ambos tipos son usados más comúnmente por los hombres que por las mujeres.

Como ves, al principio el jabón les parecía a los romanos una exótica sustancia cuyo uso principal nada tenía que ver con la higiene. Hizo falta más de un siglo para que su uso se extendiese, y sólo hasta cierto punto. Tanto Galeno como el posterior Priscianus recomiendan su uso para lavar el cuerpo, y éste último hace incluso mención de una profesión, saponarius, dedicada específicamente a cocinar grasa con una base para obtener jabón. Eso sí, me imagino que los procesos más primitivos de fabricación, dependiendo del tipo de grasa y el filtrado posterior, debían de crear jabones de olor probablemente poco agradable y bastante agresivos, aunque la base del proceso se mantuviera durante siglos.

Tras la caída del Imperio de Occidente también decayó el uso del jabón, y hay que esperar hasta alrededor del año 1000 para que vuelvan a aparecer menciones de la sustancia y su proceso de fabricación en Europa. Con el tiempo, aunque la base del proceso se mantuviera, se fueron refinando los resultados, tanto por la elección de la grasa inicial como por los filtrados posteriores a la saponificación.

En 1776, el sueco Karl Wilhelm Scheele identificó por primera vez el otro producto de la saponificación de las grasas además del jabón, la glicerina, “el principio dulce de las grasas”, ya que forma parte de muchas de ellas y, efectivamente, tiene un sabor dulce. Sin embargo, fue el francés Michel Eugene Chevreul quien, a principios del XIX, describió con detalle la reacción completa, mediante la cual, como hemos dicho antes, el hidróxido “rompe” la molécula de grasa, obtiene el ácido graso y la glicerina, y luego reacciona con el ácido para formar el jabón. Y esta glicerina resultaba dar, de acuerdo con la cantidad que hubiera en el producto final, propiedades interesantes a los jabones.

Molécula de glicerina (imagen de dominio público).

Además de proporcionar una textura suave al jabón, la glicerina o glicerol (C₃H₅(OH)₃), este “principio dulce”, tiene una propiedad fundamental que la hace muy útil: es una molécula muy higroscópica, es decir, se solubiliza muy fácilmente en agua y tiene una gran “sed” de este líquido. De ahí que se utilice en muchísimos procesos de nuestra industria química, pero en el caso que nos ocupa, esta propiedad hace que un jabón que contenga, además de la sal jabonosa propiamente dicha, una cantidad razonable de glicerina, sea menos agresivo para la piel. Para empezar, la propia textura de la glicerina es sedosa y suave. Pero además, la glicerina está tan “sedienta de agua” que, al estar en contacto con el aire, se une a las moléculas de vapor de agua presentes, con lo que se vuelve húmeda muy rápidamente. Un jabón sin glicerina es mucho más “seco”.

Con el tiempo, a la base fundamental del jabón (la molécula de jabón propiamente dicha, para eliminar grasas y otros compuestos orgánicos apolares, y la glicerina para hidratar) se le fueron añadiendo otras sustancias, para conseguir beneficios adicionales. Un ejemplo evidente es la presencia, en casi todos los jabones, de algún tipo de perfume. También se pueden añadir metales pulverizados, como titanio o aluminio, que producen reacciones de oxidación-reducción sobre la piel de las bacterias, “robándoles” electrones, de modo que el jabón se convierte en un agente antibacteriano eficaz.

Por cierto: aunque la adición de sustancias antibacterianas hagan del jabón un antiséptico eficaz, llevamos usándolo de ese modo desde mucho antes de que se le añadiera nada “extra”, lo que significa que sus propiedades antisépticas no pueden depender únicamente de los añadidos posteriores. Sin embargo, no he hallado ninguna mención de por qué el jabón, puro y duro, mata bacterias. ¿Es simplemente una acción mecánica, al unirse al agua y las sustancias orgánicas, que “arrastra” la mayor parte de las bacterias tras amarrarse a los lípidos de la membrana? ¿O la acción antiséptica del jabón antiguo es un mito? Me temo que algún químico o biólogo tiene que subir a la palestra, porque a mí esta pregunta me viene grande.

Además de su utilidad para eliminar moléculas orgánicas apolares que no se disolverían por sí mismas en agua, el jabón tiene otra propiedad fundamental que resulta imposible de ignorar si lo usas: al añadir jabón al agua, el líquido resultante forma burbujas con gran facilidad. Cuando se añade aire (agitando el agua jabonosa, por ejemplo) se produce espuma, que no es más que un número muy grande de pequeñas burbujas de aire con paredes de agua jabonosa.

Este comportamiento del agua jabonosa se debe a que las moléculas de jabón –como otras además de ellas– son tensoactivas o surfactantes, es decir, modifican la tensión superficial del líquido al que se añaden. Para hablar de esto en detalle harían falta artículos específicos acerca de la tensión superficial y otras cosas, pero si has comprendido más o menos los tristes dibujos de arriba con la molécula anfipática “enganchada” al agua, como si de un arpón se tratara, puedes entender el fundamento básico de esta propiedad.

Burbuja de jabón (Mila Zinkova / Licencia CC Attribution Sharealike 3.0)

Al “clavar” tantas moléculas de jabón sobre el agua, la superficie del líquido pierde cohesión, ya que muchas moléculas de H₂O ya no están unidas entre sí por la interposición de las moléculas de jabón, es decir, disminuye la tensión superficial. Seguro que has notado esto si, sobre agua con algo de aceite, dejas caer una gota de cualquier detergente. El agua jabonosa puede llegar a tener una tensión superficial tres veces menor que el agua sin jabón.

Y, aunque parezca contradecir la intuición, esta disminución de la tensión superficial permite la formación de burbujas más fácilmente. El agua sin jabón también forma burbujas cuando se agita (como se ve, por ejemplo, bajo una pequeña cascada en un arroyo), pero las burbujas desaparecen muy rápido porque las moléculas de agua “tiran” unas de otras hasta volver al redil del líquido. Sin embargo, si la superficie del agua tiene “clavadas” las moléculas de jabón y la tensión superficial es menor, este proceso se hace mucho más lento: no es que el jabón aumente la fuerza de la pared de la burbuja (¿cómo iba a hacerlo, si disminuye la tensión superficial?), como a veces se oye por ahí. Cuando oyes algunas explicaciones, parece como si la burbuja tuviera que ser fuerte para “contener el aire” de dentro… pero la presión del aire de dentro no es más grande que la de fuera, y esto no es un globo.

El jabón estabiliza la pared de la burbuja, evitando hasta cierto punto que las propias moléculas de agua se junten de nuevo para formar una o muchas gotas. También ralentiza la evaporación, ya que la superficie de agua expuesta al aire es más pequeña, pero esta contribución a la estabilidad de las burbujas es mucho menos importante que la otra.

De hecho, hoy en día las propiedades tensoactivas son tan valoradas que se emplean moléculas con ese propósito específico. Aunque, como siempre en la serie, lo que más nos interesa es el funcionamiento básico del invento y su origen histórico, y no tanto los desarrollos más modernos, no puedo dejar de mencionar algunas cosas sobre los jabones modernos, porque si miras el envase de cualquier champú, pasta de dientes o jabón líquido (no tanto las pastillas tradicionales de jabón) verás que hay un par de ingredientes que se repiten muy a menudo.

En primer lugar, seguro que casi siempre verás uno de estos dos ingredientes: Sodium laureth sulfate (CH₃(CH₂)₁₀CH₂(OCH₂CH₂)_nOSO₃Na), donde “n” puede tomar varios valores, porque se trata de una cadena de longitud variable) o Sodium lauryl sulfate, (C₁₂H₂₅SO₄Na). En ambos casos se trata de sales con moléculas muy largas, y uno de cuyos extremos es polar, mientras que el otro es apolar. Sí, si… son nombres sofisticados, pero sigue siendo jabón (aunque en este caso no sé cómo los producen, se agradece información adicional). Observa los diagramas simplificados de ambas moléculas, y cómo en ambos casos, en un extremo hay un oxígeno cargado negativamente cerca de un sodio cargado positivamente, una larga cadena y otro extremo sin carga:

Sodium laureth sulfate (imagen de dominio público).

Sodium lauryl sulfate (imagen de dominio público).

Estas dos moléculas son surfactantes muy eficaces, de modo que se usan más frecuentemente cuando se quiere un producto que forme mucha espuma que dure mucho tiempo. Son los equivalentes modernos del palmitato de potasio primitivo que mencionamos antes. También verás, casi con seguridad, un equivalente de la glicerina. A veces será el propio glicerol, a veces compuestos que lo contienen, y a veces será una molécula llamada propilenglicol, propano-1,2-diol o, en los ingredientes de los jabones, Propylene glycol.

Esta molécula (C₃H₈O₂) desempeña el mismo papel que el glicerol, y se emplea a menudo en vez de él en los jabones modernos (aunque siga usándose también la glicerina): es un muy potente humectante, es decir, tiene las mismas propiedades higroscópicas, la misma “sed de agua” que la glicerina, con lo que proporciona un carácter hidratante al jabón.

Propilenglicol (imagen de dominio público).

De modo que, sí, hoy en día tal vez tengamos jabones de agradable olor, con moléculas bastante más complejas que el palmitato de potasio y similares, fabricados (en la industria, claro, porque sigue habiendo gente que los fabrica de manera tradicional)… pero bien podríamos seguir produciéndolo, como los galos, con sebo y cenizas, ¡pero eso sí, idealmente con cenizas de haya y grasa de cabra!

En el siguiente artículo de la serie, un invento físico: el reloj.

Para saber más:

• Jabón / Soap
• A short history of soap
• Saponificación / Saponification

El invento del que hablaremos hoy, como sucede a veces en la serie Inventos ingeniosos, no tiene nada que ver con el anterior (el teléfono). Por si no conoces esta serie, en ella miramos con detenimiento cosas que tenemos alrededor y en las que a veces no pensamos, para escudriñar su historia, el cómo y el porqué de su funcionamiento… pero en este caso unos cuantos de vosotros sí habéis pensado en el invento de hoy, porque ha sido una sugerencia común de varios lectores habituales (de ahí que le dediquemos un artículo). Hoy hablaremos del pegamento.

A diferencia de algunos de los inventos que hemos mencionado últimamente, el origen del pegamento se pierde en la prehistoria. La razón es evidente, comparando con el último artículo de la serie: conseguir hablar con alguien que está a mil kilómetros de distancia es difícil, y requiere de una tecnología relativamente avanzada. Lograr que dos cosas se adhieran utilizando alguna sustancia sólo requiere de mirar a tu alrededor y pensar un rato, y no demasiado largo.

Por lo tanto, el concepto de “pegamento”, en su forma más primitiva, se descubrió múltiples veces en lugares distintos, con éxitos variados, y es imposible dar una fecha exacta de su primera utilización. Si alguna vez has notado como tus dedos se quedaban pegados y pringosos tras tocar la resina de un pino o cualquier otro árbol resinoso, miel o agua con azúcar, sabes lo que quiero decir.

El primer uso documentado que conocemos es realmente antiguo, tanto que ni siquiera se debe al Homo sapiens: se trata de restos de alquitrán vegetal, con una huella dactilar y signos de haber sido trabajado con una herramienta de sílex, encontrados en Königsaue, Alemania. Aunque siempre es difícil estar absolutamente seguros de la fecha exacta y autoría de cosas así, los arqueólogos piensan que el trozo de alquitrán tiene unos 80 000 años y fue utilizado por una tribu Neanderthal para ayudar a unir cabezas de herramientas o armas a sus mangos. Detalles aparte, es evidente que la tecnología más primitiva produce algún tipo de pegamento de manera casi inevitable.

El alquitrán de origen vegetal ha sido, de hecho, uno de los dos tipos fundamentales de pegamento empleados por el ser humano durante milenios (en un momento hablaremos del otro). Básicamente se trata de un refinamiento del simple hecho de coger resina. Se calienta madera –que puede ser de pino, corteza de abedul u otras, dependiendo de la zona– hasta 400-700 ºC, en ausencia de oxígeno para que no arda, y el resultado es doblemente provechoso: por un lado, se obtiene carbón vegetal, que tiene un poder calorífico muy superior al de la madera. Por otro lado, se obtiene alquitrán vegetal, que es mucho más resistente que la resina y mantiene la adhesión con más intensidad y durante más tiempo.

Horno para producir alquitrán vegetal de Öland, Suecia (Wikipedia/FDL).

Pero hay muchas otras soluciones de baja tecnología para obtener sustancias similares, sobre todo si no importa demasiado el poder adhesivo o que la adhesión dure muchos años: puede emplearse simplemente miel o cera de abejas, clara de huevo, harina con agua, azúcar con agua, goma arábiga, látex… hay tantos métodos posibles que es absurdo plantearse una cultura, incluso aunque no tenga una tecnología avanzada, que no haya empleado más de un “pegamento” diferente.

Aparte del alquitrán de origen vegetal, el otro rey de los pegamentos naturales es la cola de origen animal, obtenida generalmente cocinando restos animales ricos en tejido conjuntivo (o conectivo). Estoy convencido, aunque no he conseguido encontrar datos de sus primeros usos más allá de los egipcios, que la cola animal tiene también su origen en la prehistoria: es aún más fácil de obtener que el alquitrán que he mencionado antes, si se dispone simplemente de un animal muerto y una olla con agua.

Cola animal (Wikipedia/FDL).

Tan común fue su uso desde tiempos ancestrales que el nombre que damos hoy al colágeno proviene del griego kolla, es decir, cola, ya que los griegos producían cola animal, como todas las culturas contemporáneas, a mansalva. “Colágeno” es algo así como “generador de pegamento”, tal ha sido su importancia en ese aspecto a lo largo de nuestra historia. Cuando se cocina cualquier resto que tenga colágeno (y lo hay en la piel, en los huesos, en los tendones…) éste se rompe por hidrólisis y forma una gelatina que sirve bastante bien de pegamento, aunque tiene sus limitaciones: igual que el alquitrán vegetal, no es tan resistente como los pegamentos químicos modernos, y no aguanta bien las altas temperaturas.

Sin embargo –como siempre que hablo de algo de lo que no sé, son bienvenidas las correcciones y ampliaciones–, creo que la cola de origen animal se sigue usando en determinados trabajos más o menos artesanales que requieren de sus propiedades específicas, como sucede en la construcción de algunos instrumentos musicales de categoría, ya que los pegamentos químicos impedirían poder abrirlos sin dañar la madera, y con la cola animal se puede despegar y luego volver a pegar una pieza con otra sin problemas. A veces, no ser un adhesivo muy fuerte es mejor que serlo.

Además, según lo que nos comenta dyopithecus, la estructura a nivel molecular de la cola animal curada, al ser más ordenada que la de pegamentos sintéticos, transmite mejor el sonido entre piezas del instrumento.

De modo que, durante milenios, empleamos básicamente materia vegetal o animal “cocinada” para producir sustancias pegajosas, que funcionaban bastante bien pero no pegaban con demasiada intensidad ni duraban mucho tiempo. Para llegar más allá hacía falta una química científica, algo que nos llevó bastante desarrollar, y sobre todo una química orgánica avanzada, por razones que discutiremos luego. Hacían falta pegamentos químicos, y tuvimos que esperar hasta el siglo XX para obtenerlos — son esos pegamentos los que tú, querido y paciente lector de El Tamiz, has utilizado seguramente a lo largo de tu vida, aunque los nombres técnicos son bastante más raros que los que solemos emplear.

En 1912, el químico alemán Fritz Klatte nos proporcionó el primero de ellos. Klatte descubrió que, al hacer reaccionar eteno (o etileno, C₂H₄) con el ácido acético (CH₃COOH) del vinagre, se obtenía agua y otro compuesto, el acetato de vinilo (C₄H₆O₂); y este compuesto podía unirse a sí mismo, formando larguísimas cadenas con eslabones de acetato de vinilo. Se obtenía así un polímero gomoso, flexible y de olor intenso: el poliacetato de vinilo o PVA (del inglés polyvinyl acetate).

poliacetato de vinilo (cola blanca).

Es posible que ese nombre no te diga mucho, pero te aseguro que lo has utilizado muchas veces: no es ni más ni menos que la base de la cola blanca. Básicamente, el PVA forma una emulsión con agua, y cuando se deja al aire, el agua se va evaporando, la cola se seca y se endurece. Aunque ya sé que desde entonces hemos desarrollado pegamentos más resistentes y que se fijan antes, el PVA fue una verdadera revolución en la historia del pegamento: demostró que, utilizando nuestros conocimientos químicos, podíamos crear un adhesivo más potente que los naturales que habíamos empleado hasta entonces. Además, la cola blanca es baratísima de producir y menos peligrosa que muchos otros adhesivos químicos, con lo que seguimos utilizándola hoy en día.

El siguiente avance necesario era obtener un adhesivo rápido: algo que no requiriese de un largo secado, como el del poliacetato de vinilo. Para eso hubo que esperar de nuevo a que la química orgánica avanzase, y a que se produjese una de esas coincidencias sin las que esta serie sería mucho más aburrida. Puedo garantizar que, igual que la cola blanca, también lo conoces y lo has utilizado, pero remontémonos a sus sorprendentes orígenes.

El año: 1942, en plena Segunda Guerra Mundial. En los laboratorios de la empresa Kodak, Harry Coover se encontraba experimentando con diversas resinas acrílicas para tratar de obtener un plástico transparente que pudiera emplearse en las miras telescópicas de los rifles. Como sucede en estos casos, hubo muchos ensayos, mucha prueba y error: algunos materiales no eran suficientemente transparentes, otros no tenían la suficiente consistencia… y uno de ellos era insufrible, endiabladamente pegajoso. Se trataba del metil 2-cianoacrilato (C₅H₅NO₂), y Coover, evidentemente, lo descartó.

Estructura del metil 2-cianoacrilato (Dominio público).

Sin embargo, unos años después, en 1951 Coover volvió a toparse con este pegajoso compuesto de nuevo. Esta vez estaba trabajando para Eastman junto con Fred Joyner para desarrollar un plástico transparente para la cabina de aviones de combate. Sí, lo has adivinado: el metil 2-cianoacrilato hizo su aparición y fue descartado por pegajoso una segunda vez. Pero en este caso Coover, Joyner y la propia empresa no dejaron la cosa ahí, y siguieron experimentando con el compuesto y otros similares (llamados, en general, cianoacrilatos), pero esta vez para lo que de verdad servían: para pegar cosas.

En 1958 la empresa patentó el Eastman #910, y los cianoacrilatos pronto se convirtieron en una revolución, y fueron comercializados con muchos nombres diferentes por empresas distintas. Aunque las propiedades de unos y otros eran relativamente distintas, todos tenían unas propiedades fundamentales en común, y siguen siendo hoy uno de los pegamentos más utilizados. Dependiendo del país en el que vivas, habrás empleado cianoacrilatos bajo el nombre de Loctite, Superglue (que puedes ver a la izquierda (Wikipedia/FDL), Krazy Glue, Kola Loka, La gotita, Pegaloca…, de modo que estoy seguro de que conoces bien su comportamiento y apariencia.

Sin embargo, puede que no sepas algunas cosas curiosas sobre los cianoacrilatos. Por ejemplo, mientras que la cola blanca se endurece cuando se seca, decir que un cianoacrilato “se seca”, aunque todos nos entendamos, es incorrecto. No sólo eso, es lo más alejado de la realidad que podría decirse, porque estos compuestos funcionan exactamente al revés: en su forma líquida, las moléculas están sueltas, pero cuando se ponen en contacto con iones hidroxilo (OH^-), el cianoacrilato hace lo mismo que Klatte había logrado con el acetato de vinilo: se polimeriza. Forma largas cadenas, se convierte en un sólido y “se seca”.

Pero ¿dónde se encuentran más comúnmente iones hidroxilo? ¡En el agua! Si tratases de pegar algo con un cianoacrilato y no hubiera ni pizca de agua cerca, no conseguirías pegar nada, porque lo que hace no es “secarse”, es “humedecerse” para volverse sólido. Evidentemente, no hacen falta muchos iones OH^- para que estos compuestos se polimericen, o estaríamos mojándolos para pegar cosas. Simplemente con la humedad del aire basta. De hecho, si te dejas un bote abierto, el problema no es que se evapore nada (los cianocrilatos se evaporan y pueden resultar tóxicos, pero eso no hace que se “sequen”), sino que entre aire húmedo y esto haga que se polimerice y solidifique.

Por eso probablemente has notado una propiedad bastante irritante de estos pegamentos: estás intentando pegar algo, y no lo consigues bien. Sin embargo, te cae una gotita en el dedo, tocas otro dedo… ¡y se quedan pegados con una rapidez tremenda! ¿Por qué? Porque nuestra piel suele estar bastante más húmeda que el ambiente, con lo que somos perfectos para que los cianoacrilatos se polimericen sobre nosotros (esto es importante, y de ello hablaremos en un momento).

Ya sé que saber todo esto no es demasiado práctico (aunque espero que sí curioso), pero sí puedo darte información que te sirva la próxima vez que uses un cianoacrilato (además de poder decir “voy a usar un cianoacrilato” y ganarte el respeto de tus amigos y familiares… o tal vez no): si no consigues que dos superficies se peguen bien, prueba a echar tu aliento sobre ellas justo antes de poner el pegamento. La humedad “extra” puede ayudar bastante.

Otro dato que también puede resultarte útil: los cianoacrilatos reaccionan con algunas fibras naturales, como el algodón, de manera exotérmica, con lo que las calientan, y si la temperatura es lo suficientemente alta pueden llegar a hacerlas arder. Moraleja: no pegues cosas de algodón con cianoacrilatos así como así, o te puedes encontrar con esto:

Por otro lado, si estás perdido en el bosque y no tienes cerillas, pero sí una algodón y Superglue… pues ya sabes. Y, ya que hablamos de supervivencia, los cianoacrilatos también se utilizan en medicina: su “avidez de agua” los hace adhesivos casi perfectos para cerrar heridas, que suelen estar bien húmedas. Se realizaron ya pruebas en la Guerra de Vietnam, aunque los primeros cianoacrilatos, como el metil 2-cianoacrilato de Coover, eran irritantes de la piel. Aunque los pegamentos comerciales de hoy, en su mayoría, también lo son (porque pegan mejor que los que no lo son), hoy en día se emplean cianoacrilatos no irritantes como sustitutos de los famosos “puntos” en determinadas situaciones — no sé cuándo ni cómo, así que si hay algún médico en la sala que sepa de esto, ampliamos un poco el artículo.

Otra propiedad curiosa (y que no está de más conocer) de los cianoacrilatos es que, si la temperatura baja lo suficiente, se vuelven frágiles y quebradizos. Si tienes algún objeto pegado que quieres separar pero no tienes acceso a la superficie pegada (si lo tienes, sigue leyendo), puedes conseguir separarlo metiéndolo en el congelador, ¡si cabe, claro!

Finalmente, los cianoacrilatos se disuelven muy bien en diversas sustancias orgánicas. Como he dicho antes, mojar estos pegamentos para reblandecerlos no sirve de nada (salvo que el agua esté muy, muy caliente, pero entonces no es el agua quien lo logra, sino el calor), pero pueden emplearse disolventes orgánicos. El mejor de todos es el cloruro de metileno (o cloruro de meteno), que desgraciadamente es tóxico. El más empleado por su ubicuidad es la propanona, la acetona del quitaesmalte.

Antes de seguir con algunos otros pegamentos químicos modernos, ¿ves ya en qué se parecen todos los que hemos descrito hasta ahora? Aunque unos pegamentos funcionan de manera diferente a otros a nivel microscópico, la idea general es siempre la misma, y voy a tratar de explicarla de la manera más sencilla posible. Si eres químico, tápate los ojos o visita alguna página seria, o puede que sufras manía homicida cuando leas los siguientes párrafos y te veas expuesto a las simplificaciones que voy a hacer. Estas avisado.

Todos los adhesivos que hemos mencionado tienen dos cosas en común: moléculas larguísimas, en una emulsión de algún líquido en unos casos, o “rotas” en sus eslabones en otros, pero en estado más o menos líquido, con viscosidad variable en cualquier caso; y un endurecimiento, ya sea por la evaporación del disolvente o por la reacción con algún compuesto, que o bien construye esas largas cadenas (polímeros) o bien las fija cuando se quedan sin el líquido. Y todos tienen estas cosas en común por algo, claro.

Básicamente, cualquier pegamento es muy “móvil” cuando no se ha “curado”: o bien los eslabones de los polímeros o bien los propios polímeros, al formar parte de un líquido, pueden moverse con relativa libertad, de modo que se entrelazan alegremente unos con otros, se introducen en los poros de los materiales con los que entran en contacto, e incluso se unen en distintos puntos a esos materiales debido a enlaces de hidrógeno, fuerzas de van der Waals o incluso enlaces químicos “de verdad”. Si no pudieran moverse con esa libertad, tal vez en algunos puntos se uniesen a los otros materiales por casualidad, pero no podrían “encajar” en tantos puntos de anclaje como lo hacen mientras son “libres”.

La segunda parte del proceso es justo la contraria: algo desencadena una “solidificación”, y los polímeros se quedan donde están, sin posibilidad de moverse con tanta libertad como antes. Antes estaban más o menos entrelazados entre ellos aunque se podían deslizar, pero ahora esos “nudos” los amarran, creando una masa consistente. Y antes se habían deslizado sobre los materiales que tocaban, retorciéndose y adaptándose a ellos hasta formar muchos “puntos de anclaje”, químicos o simplemente físicos. Pero con la nueva inmovilidad tras “secarse” (ya hemos visto que esto puede significar justo lo contrario, pero entiendes lo que quiero decir), todos esos puntos de anclaje son ahora permanentes.

Por eso, cuando se ha curado, puedes tocar el pegamento sin quedarte pegado: puede que las moléculas de tu dedo formen, por casualidad, algún enlace con alguno de los polímeros, pero como éstos no pueden moverse para colocar sus eslabones en los sitios adecuados, no se conseguirá formar ni de lejos el número necesario de enlaces para que lo notes. La inmovilidad de los polímeros los incapacita para “agarrarse” a nada de forma eficaz.

Lo que se tiene entonces es una especie de madeja de miles de millones de hilos, que forman nudos unos con otros y que están unidos al otro material, con fuerzas muy pequeñas en cada punto, pero en millones de puntos. La fuerza que logran todos juntos puede llegar a ser muy grande, ya que se trata de “hilos” de tamaño molecular, con lo que hay una cantidad ingente de ellos por unidad de superficie.

¿Qué es lo que determina entonces las propiedades de uno u otro pegamento de los que hemos hablado y de los que hablaremos en un momento? Por un lado, el grado de resistencia, que depende del tamaño de los polímeros, el número de “puntos de anclaje” que pueden formar con los distintos materiales y la fuerza de esos enlaces, que depende de si son físicos o químicos y de qué clase. Por otro, el tipo de condiciones que desatan el “curado” del pegamento — temperatura, compuestos químicos, humedad, lo que sea, y el tiempo que se tarda en producir ese “secado”. Y finalmente, el tipo de condiciones que pueden volver de nuevo “móviles” a los polímeros, o romper sus eslabones — una vez más, temperatura, humedad, compuestos químicos como la acetona, etc.

De modo que, si te explico cómo funcionan algunos otros de los pegamentos modernos, verás que son similares en concepto a los que hemos visto, y no voy a detenerme tanto en ellos porque tampoco es para eso. Son muy comunes las resinas epoxi, que funcionan de un modo similar a los cianoacrilatos.

Si las has usado, sabes que son dos “pastas” diferentes, que suelen tener colores diferenciados para que no haya confusiones y que a veces se llaman “resina” y “endurecedor”. Por separado, son más o menos viscosas: cada una de ellas está formada por monómeros (“eslabones” de la futura cadena), que no se unen unos a otros. Sin embargo, cada extremo de los eslabones de la resina puede unirse a un extremo de los eslabones del endurecedor, y también a los materiales con los que entra en contacto. Por lo tanto, cuando se mezclan las dos pastas, rápidamente los eslabones van enlazándose unos con otros, alternados los de la resina y el endurecedor, con lo que se produce la polimerización, es decir, la formación de los largos “hilos” que se entrelazan y proporcionan la resistencia al pegamento ya curado.

Resina epoxi (Wikipedia/FDL).

Las resinas epoxi se utilizan en muchos campos, y especialmente en la industria, ya que son de los pegamentos industriales más resistentes. Fueron desarrolladas en los años 30 por Grenlee y Castan, y no son tan frecuentemente usadas como los cianoacrilatos o el poliacetato de vinilo, porque son más caras y, según el tipo, pueden ser más tóxicas.

Finalmente, no quiero terminar sin mencionar los pegamentos termofusibles, que tienen un mecanismo de funcionamiento que estoy seguro comprenderás bien si has entendido lo anterior. Estos pegamentos están formados por polímeros que pueden deslizarse unos sobre otros cuando superan cierta temperatura (dependiendo del uso que se le quiera dar y el peligro que se quiera aceptar al emplearlos, se elige una temperatura u otra), con lo que se licúan y fluyen muy bien, como fideos recién hechos. Por tanto, normalmente se introduce una barra del polímero en una pistola de pegamento, que tiene una resistencia eléctrica que calienta el polímero por encima de su temperatura de fusión, con lo que por el “cañón” de la pistola sale un fluido viscoso formado por cadenas del polímero “resbaladizas”, que luego, al enfriarse de nuevo, vuelven a entrelazarse y pegarse entre ellos, atrapándose unos a otros y al material sobre el que se han vertido.

Pistola de pegamento termofusible (Wikipedia/FDL).

Desde luego, hay muchos otros tipos de pegamentos y colas, pero creo que tras hablar de estos puedes comprender el mecanismo básico de funcionamiento de todos los demás. Según avanza nuestra ingeniería química, somos capaces de crear pegamentos más resistentes, que soporten una variedad de condiciones mayor, y que se “curen” más deprisa… idealmente, reduciendo al mismo tiempo su toxicidad, aunque todo esto depende, por supuesto, del fin al que queremos destinarlos, ya que a veces estamos dispuestos a renunciar a alguna de estas propiedades para que otra sea como deseamos.

Espero que, especialmente quienes pedísteis esta entrada, hayáis disfrutado con tanta palabreja extraña y sepáis más o menos lo que está pasando cuando hagáis reaccionar el cianoacrilato con el H₂O del ambiente para “atar” una superficie a otra con polímeros. Se siguen aceptando sugerencias para las próximas entregas de la serie. En la próxima hablaremos del jabón.

Para saber más (en general, si doy un enlace en español y otro en inglés, el segundo es más completo):

• Pegamento / Glue
• poliacetato de vinilo / Polyvinyl acetate
• Cianoacrilatos / Cyanoacrilates
• Resina epoxi / Epoxy
• Neanderthals “used glue to make tools”

En la serie Inventos ingeniosos recorremos objetos de la vida cotidiana en los que no solemos pensar a menudo. Tratamos de mostrar cómo a veces olvidamos las cosas que tenemos delante, considerando interesante sólo el aprender sobre complicadas teorías o descubrimientos: muy a menudo existen cosas realmente curiosas delante de nuestros ojos, o pegadas a nuestros oídos. A veces sabemos menos de lo que más utilizamos día a día que de lo que nunca hemos visto…

En la última entrada de la serie (en parte como preparación a ésta) hablamos acerca del telégrafo eléctrico. La historia de la invención de hoy sigue la misma tónica que aquélla: se trataba, en su momento, de algo inevitable. Muchas de las mentes más brillantes de la época con una orientación creativa y técnica cavilaron durante años hasta conseguir producir el invento de hoy — un invento muy disputado. De hecho, aún no parece estar muy claro quién es realmente el inventor, pero a lo largo del artículo trataré de mostrar dos cosas: que no es demasiado importante, pues casi todas las ideas son muy similares; y que los criterios que suelen utilizarse para elegir un “ganador” no son los más adecuados. Es más, querido lector, te daré una pista algo surrealista: ensalada de pepinos.

En cualquier caso, hablemos acerca del siguiente paso evidente tras lograr la telegrafía eléctrica: una vez transmitida información mediante un cable utilizando un telégrafo, ¿cómo conseguir transmitir la voz? Hablaremos acerca del teléfono. ¿Quieres saber cómo eran los primeros teléfonos? ¿Por qué a veces se daba vueltas a una manivela a gran velocidad para llamar por teléfono? ¿Sabías que, al principio, los teléfonos se compraban a pares? ¿Qué tiene que ver la magnetostricción con los teléfonos? Pues ya sabes, sigue leyendo.

Como dijimos en la anterior entrada al hablar del telégrafo eléctrico, el primer sistema comercial apareció en Inglaterra en 1839, y el telégrafo reinaría durante décadas; pero desde casi antes de su creación ya era evidente su principal limitación, una de las pocas cosas en las que era peor que los anteriores “tubos de voz” de los que hablamos en el mismo artículo — la necesidad de preparación para utilizarlo.

La primera parte de la revolución que cambiaría el mundo de una forma que no se repetiría hasta la llegada de Internet, una revolución en la que hice énfasis en la anterior entrada, ya se había producido con el telégrafo: la conexión casi inmediata de puntos enormemente alejados sobre la Tierra. Faltaba, sin embargo, la segunda parte: la universalización de la comunicación a distancia. Esa generalización del uso del telégrafo era muy difícil: para transmitir o recibir mensajes hacía falta conocer el código. Desde luego, era posible hacerlo con el código delante sin sabérselo de memoria, pero no algo práctico, dado el tiempo que llevaba transcribir un mensaje. El teléfono salvaría este obstáculo y conectaría el mundo de una manera que el telégrafo no podía, aunque durante mucho tiempo ambos convivieran.

Igual que el telégrafo fue una consecuencia inevitable de los avances tecnológicos del siglo XIX relacionados con la electricidad y el magnetismo, lo mismo sucedió con el teléfono. Si podían enviarse pulsos discretos de electricidad que moviesen una aguja, y se estaba investigando ya la manera de grabar la voz humana sobre un soporte físico (y Edison patentaría su fonógrafo en 1877, como hemos visto ya en esta misma serie), ¿por qué no iba a ser posible convertir la voz humana en una señal eléctrica y escucharla al otro lado de un hilo conductor?

Y, también como sucedió con el telégrafo, la idea abstracta es sencilla y es fácil ver que es posible físicamente de algún modo… pero lograrlo en la práctica es muy complicado. Uno de los primeros en proponer el concepto de un “telégrafo parlante” fue el italiano Innocenzo Manzetti en 1844 (tan sólo cinco años tras la puesta en marcha del telégrafo de forma comercial), pero estoy convencido de que muchos otros ya estaban atacando el problema sin publicarlo por ahí — el reinado de las patentes ya había comenzado, y especialmente en los Estados Unidos la lucha era feroz, de modo que los futuros inventores trataban de ocultar sus progresos y espiar a los otros sin reparo. Por otro lado, Manzetti habló de forma abstracta (en este caso, la forma fácil de hablar), pero no propuso maneras concretas de construir ese telégrafo parlante.

Quien sí lo hizo fue precisamente un telegrafista, el francés Charles Bourseul, que publicó las siguientes y proféticas palabras en 1854. Una de esas citas que hacen –si eres un sentimental como yo– que un ligero escalofrío te recorra el cuerpo, al leerlas más de siglo y medio después:

Supongamos que un hombre habla cerca de un disco móvil lo suficientemente flexible como para no perder ninguna de las vibraciones del sonido; que este disco abre y cierra de forma alternada la corriente procedente de una batería: podría tenerse a cierta distancia otro disco que ejecutaría simultáneamente las mismas vibraciones [...] Es seguro que, en un futuro más o menos lejano, la voz será transmitida por la electricidad. He realizado experimentos en este sentido; son delicados, y exigen tiempo y paciencia, pero las aproximaciones obtenidas prometen un resultado favorable.

Alrededor del mismo año (las fechas y los detalles son bastante poco fiables en la historia del teléfono y, a veces, hasta contradictorios) un segundo italiano, Antonio Meucci, hace su aparición de una manera bastante graciosa. Meucci había inventado en 1848 un sistema para tratar el reumatismo mediante descargas eléctricas de 114 voltios. En una de las dolorosas sesiones (sí, eran dolorosas, sigue leyendo), el italiano se encontraba en una habitación con dos cables de su sistema de “tratamiento”. En una segunda habitación había una serie de baterías que proporcionaban el voltaje, y en una tercera se encontraba el pobre paciente, al que estaban conectados los cables correspondientes. Cuando Meucci cerraba el circuito, el incauto recibía la descarga y gritaba como un cerdo en matanza… y en un momento dado, Meucci oyó la voz distorsionada del paciente a través del cable. Desde luego, no había el menor detalle y Meucci nunca hubiera podido entender palabra alguna, pero su intuición le dijo que era posible transmitir vibraciones sonoras en forma de electricidad, y construir así un “telégrafo parlante” como el propuesto por Manzetti.

Antonio Meucci (1808-1889).

De hecho, parece que Meucci construyó un prototipo de su dispositivo –que luego llamaría telettrofono– en su propia casa. Su mujer era inválida, y el italiano construyó un par de receptores-emisores en los dos pisos de la casa, utilizando un sistema básicamente idéntico al que había propuesto Bourseul: el emisor disponía de una membrana tensa con un disco de metal imantado pegado a ella . Cuando una persona hablaba (o más bien gritaba, pues no eran instrumentos muy sensibles) frente a la membrana, ésta vibraba en consonancia con la onda sonora emitida. El disco de metal se acercaba y se alejaba entonces de una bobina de cobre arrollada a un núcleo de hierro que se encontraba en el interior del telettrofono y, como ya mencionamos en el artículo anterior, cuando se mueve un imán cerca de un cable aparece una corriente inducida en el cable. Las vibraciones sonoras se han convertido en modificaciones de la corriente en el cable.

En el otro lado del hilo, el receptor de Meucci realizaba el proceso contrario: el cable arrollado a la bobina de hierro tenía una corriente variable (el resultado del proceso anterior), con lo que se convertía en un imán variable. A su vez, una segunda membrana tensa con un disco imantado pegado a ella se encontraba cerca de la bobina, con lo que la corriente variable hacía que el disco de metal se “bambolease” al ritmo de la corriente, que era a su vez, claro está, el ritmo de la voz que la había generado… con lo que la segunda membrana oscilaba de idéntica manera a la primera (salvo por otros efectos que creaban corrientes espurias en el cable, lo que complicaba algo la cosa). El resultado era muy primitivo, y no sabemos si podía realmente entenderse la voz, además de tratarse de un cable realmente corto, entre los dos pisos de una casa, pero la comunicación verbal –más o menos– a distancia –más o menos– se había logrado.

¿Que la persona hablaba con voz aguda? La membrana vibraba muchas veces por segundo, la corriente aumentaba y disminuía muchas veces por segundo y, por consiguiente, la segunda membrana vibraba muchas veces por segundo, produciendo un sonido agudo. ¿Que la persona gritaba (como solían hacer por entonces, o apenas se oía nada al otro lado)? La membrana vibraba violentamente, con gran amplitud, con lo que la corriente aumentaba y disminuía mucho, la segunda membrana vibraba con gran amplitud y emitía un sonido más fuerte. Es una de esas cosas que parecen milagrosas cuando te las planteas por primera vez, pero tienen detrás un principio físico realmente simple, que Meucci aplicó realmente bien.

Eso sí, no sabemos si otros lo habían conseguido antes, ya que, como digo, decenas de inventores se encontraban realizando prototipos similares. Casi todos son tan parecidos que, realmente, no me parece importante quién hizo qué antes, ya que (disputas de patentes y dinero aparte) si no lo hubiera logrado uno, lo hubiera hecho otro un año o dos después. Era totalmente inevitable, y no quiero dedicar este artículo a detalles y rumores que traten de discernir quién hizo qué antes que cuál otro para determinar un “ganador”.

Dicho esto, en mi mente sí hay un ganador. Pero no por razones tan banales como que lo hiciera antes que todos los demás (no lo hizo) ni que su invento fuera más eficaz que los otros (no lo era), sino por algo más importante. Mi “favorito” no es otro que el alemán Johann Philipp Reis, que construyó su teléfono en 1860. El teléfono de Reis ha ganado su posición en mi corazón por dos razones. En primer lugar, no utilizaba el sistema propuesto por Bourseul y empleado por Meucci, Bell (de quien hablaremos luego) y otros en el receptor, sino que hacía uso de algo mucho más extraño: la magnetostricción.

Diagrama del teléfono de Reis – emisor (I), baterías (B) y receptor (II).

Este fenómeno físico –un gran desconocido, tal vez ni siquiera lo conocieras antes de hoy– es realmente curioso, y había sido descubierto tan sólo veinte años antes del invento de Reis, nada más y nada menos que por James Prescott Joule entre otros: cuando un material ferromagnético se introduce en un campo magnético, cambia levemente su longitud ; dicho mal y pronto, los dominios magnéticos del material se atraen o repelen unos a otros según cómo están colocados, ya que son minúsculos imanes, de modo que se alejan –muy levemente– o se acercan –también muy ligeramente– cuando aparece un campo magnético, desaparece o cambia de intensidad o dirección. De hecho, la magnetostricción es una de las razones por las que muchos transformadores y algunos otros aparatos eléctricos (especialmente de gran voltaje) emiten un zumbido característico: el metal se alarga y se acorta muchas veces por segundo debido al campo magnético variable de la corriente alterna, y el resultado es una vibración audible y que seguro que has oído alguna vez.

Emisor del teléfono de Reis (el diafragma está dentro del tubo).

El teléfono de Reis utilizaba este mismo fenómeno para producir el sonido en el receptor, que consistía básicamente en un cilindro de hierro con un cable de cobre enrollado. Cuando la corriente generada en el emisor recorría la bobina de cobre, el cilindro se alargaba y acortaba con el ritmo de la vibración del diafragma del emisor. Finalmente, el cilindro estaba unido a una caja de resonancia de madera (como la de un violín o una guitarra), de modo que el sonido se amplificaba: el cilindro de hierro vibraba en consonancia con la voz de quien hablaba, haciendo que la caja entera emitiese el sonido correspondiente. Desgraciadamente, entre otras cosas, el emisor de Reis era inferior a los de Meucci o Bell: en vez de tener un trozo de metal imantado que aumentase o disminuyese la corriente alternativa y suavemente, en su caso el diafragma tenía una aguja pegada que hacía contacto o no sobre el circuito. De modo que el teléfono de Reis dejaba pasar la corriente o no de manera discreta y brusca (y necesitaba de una batería para funcionar, claro), y aunque podían reconocerse notas musicales al utilizarlo, entender una conversación era muy complicado.

Receptor del teléfono de Reis.

Pero, con todo, sigue siendo mi teléfono favorito, y aquí tienes la segunda razón: las primeras palabras que Johann Reis pronunció, a través de cien metros de cable, en la puesta en marcha de su invento, un momento siempre crucial. Otros pioneros han balbuceado cosas como “Es un pequeño paso para un hombre…”, o “¡Eureka!”, pero no Reis. Al otro lado de su teléfono, difíciles de entender y metálicas, sus palabras fueron: “Das Pferd frisst keinen Gurkensalat” (“El caballo no come ensalada de pepino”). Creo que no hay más que hablar. Herzlichen Glückwunsch, Herr Reis!

Finalmente, la famosa patente de Alexander Graham Bell de 1876 fue considerada durante mucho tiempo la verdadera invención del teléfono. Como espero que haya quedado de manifiesto en los párrafos anteriores (y no he mencionado a otros inventores igualmente ilustres, como Elisha Gray), hoy la cosa no está demasiado clara, pero sí parece evidente que Bell no fue tan especial como se pensaba, sino uno más entre los muchos pioneros del teléfono — simplemente fue más astuto, tuvo más suerte o mejores conexiones, y fue indudablemente quien más se enriqueció con el teléfono de entre sus competidores.

Por cierto, como puedes ver en la foto de abajo, los primeros teléfonos de Bell y compañía no tenían un emisor y un receptor separados, ya que el mecanismo de funcionamiento era simétrico: había un solo diafragma, y hacía falta hablar y escuchar por turnos, llevándose el aparato al oído o la boca, según. Sin embargo, esto no duraría mucho y pronto aparecerían los diafragmas a pares, emisor y receptor, en el mismo aparato.

Copia del teléfono de Alexander Graham Bell. Crédito: Wikipedia/CC 2.0 Sharealike License.

Pero el teléfono no hubiera alcanzado la popularidad que tuvo sin el omnipresente Thomas Alba Edison. La cuestión es que, incluso los teléfonos que funcionaban realmente, como los de Bell, no eran demasiado prácticos: para hacer vibrar la membrana con la suficiente amplitud como para crear una corriente inducida que, a su vez, hiciera vibrar la segunda membrana de forma audible, había que hablar muy alto. Es decir, que las conversaciones eran prácticamente a gritos. Hacía falta un micrófono más sensible, y el genial Edison (sólo un par de años antes que Emile Berliner, que mantuvo con él una ardua batalla legal por la patente) fue quien lo proporcionó en 1877, sólo un año tras la patente de Bell: el micrófono de carbón.

El micrófono de Edison tenía, como los anteriores, una membrana que vibraba al hablar cerca de ella, pero con una diferencia: no había un imán pegado, ni se inducía ninguna corriente. Detrás de la membrana había gránulos de carbón (grafito o antracita). Cuando la membrana vibraba, presionaba los gránulos rítmicamente, apretando unos contra otros y luego dejando que se separasen de nuevo. Pero, cuando estaban juntos, los gránulos conducían mejor la corriente eléctrica, mientras que cuando volvían a separarse dejando aire entre ellos, la conducían peor. De modo que era posible hacer que una corriente eléctrica atravesase el micrófono con sus gránulos de carbón, y las vibraciones de la membrana producirían subidas y bajadas de la corriente en consonancia con las vibraciones sonoras de la voz humana, sin necesidad de inducir una corriente.

La desventaja evidente del sistema de Edison es que necesitaba de una corriente eléctrica externa al micrófono, mientras que los anteriores la generaban con la propia voz, al inducirla en la bobina. Pero la ventaja era una sensibilidad muchísimo mayor, y un alcance mucho mayor también, ya que la corriente externa tenía un voltaje mayor que el que se inducía en el cable con los micrófonos primitivos. El sistema de Edison permitía entender mucho mejor las palabras, y a una distancia mucho mayor que antes.

En ese momento empezaron a fabricarse ya cantidades considerables de teléfonos, y funcionaban bastante bien si la distancia no era muy grande. Sin embargo, aunque el sistema básico fuera parecido al de los teléfonos posteriores, había diferencias considerables en la manera de usarlos:

• Para empezar, ¡al principio no había números! La gente compraba los teléfonos a pares, e instalaba uno en su casa y otro en la de, por ejemplo, su madre. A continuación se contrataba a una empresa que tirase un cable (sí, sí, un cable específicamente de casa de uno a la de su madre) que conectase ambos teléfonos –algo que solían hacer las empresas de telegrafía, que aún eran muy comunes–.

• Además, como he dicho antes, hacía falta corriente eléctrica para que el teléfono funcionase: puesto que la corriente en las casas aún no era muy común, la mayor parte de los teléfonos tenían una batería que debía cambiarse periódicamente (y recargarse en la tienda). Los tiempos han cambiado, pero algunas cosas no cambian… aunque a los teléfonos móviles o celulares ya llegaremos algún día en la serie.

• No sólo eso: ¡los pares de teléfonos estaban permanentemente conectados el uno al otro! El concepto de “colgar” o “descolgar” no existía, como tampoco existía el de “llamar” con un timbre. Lo más normal al principio era silbar o gritar a un lado de la línea, para que alguien lo oyera al otro lado y se pusiera a la escucha. Al principio, claro está, la mayor parte de los teléfonos eran alquilados o comprados por empresas que necesitaban comunicarse rápidamente con otras oficinas, no tanto por particulares, aunque también los había.

Teléfono de finales del s. XIX, con el emisor y el receptor separados y, todavía, sin sistema de marcado.

El cambio sustancial en el funcionamiento del teléfono, y el que lo convertiría en algo mucho más parecido a lo que conocemos hoy, fue la aparición de la central telefónica, un concepto inventado en 1877 por el húngaro Tivadar Puskás mientras trabajaba para, cómo no, Thomas Edison. La idea, una vez más, no es revolucionaria, y era cuestión de tiempo que apareciera, pero llama la atención lo poco que necesitaron Edison o Puskás para mejorar el teléfono tanto como lo hicieron.

Otro teléfono de finales del XIX, con el emisor y receptor en la misma pieza.

Lo que hacía falta, claro está, era poder llamar a más de un teléfono: ¡no ibas a conectar un par de cables del tuyo a cada aparato al que quisieras llamar! La solución era conectar muchos teléfonos a una especie de “conmutador central”, en el que pudieran conectarse los cables de cualquier par de teléfonos enganchados a él: la central telefónica. Al principio las centrales no eran nada más que eso: un lugar en el que desenchufar y enchufar los cables de los teléfonos para que estuvieran conectados unos a otros cuando se quería entablar una conversación, algo plausible porque había poquísimos teléfonos en cada localidad.

La primera central se puso en marcha en 1878 en New Haven, EE.UU., y estaba construida con materiales “reciclados” de otras máquinas y enseres domésticos, como mangos de tetera, clavos de un carro, etc. No te creas que era gran cosa: era capaz de conectar dos pares de teléfonos a la vez. ¡Sólo dos conversaciones simultáneas! Sí empezaron entonces, al menos, a asignarse números únicos a cada teléfono de una central determinada (aunque, por entonces, números muy pequeños, claro).

Además, desde luego, no existía el concepto de “marcar” uno de esos números. El usuario avisaba al operador de la central de que quería usar el teléfono; esto se lograba mediante una luz o un timbre en la central, junto a la conexión del teléfono correspondiente en el panel de control; muy a menudo esto se hacía dando vueltas muy rápido a una manivela en el teléfono (fíjate en el de la foto de arriba), que generaba una corriente inducida que hacía sonar un timbre en la central. Cuando el operador veía la luz u oía el timbre, conectaba su propio teléfono (que puedes ver en la foto de abajo) a las entradas del usuario en el tablero y hablaba con él, le preguntaba el número a quien quería llamar (en lugares pequeños, directamente el nombre de la persona a quien quería llamar) y, finalmente, efectuaba la conexión, llamando mediante otro timbre al receptor de la llamada –luego veremos cómo–.

Central telefónica manual de 1924.

¿Qué sucedía cuando alguien quería llamar a un teléfono que no estaba conectado a la misma central? El operador de la central llamaba a la central del receptor de la llamada, si estaban conectadas, o a una central intermedia si no lo estaban. Así, se iban conectando unas con otras directa o indirectamente hasta que, finalmente, se completaba la conexión entre el emisor y el receptor de la llamada, algo curiosamente similar a cómo funciona el protocolo IP hoy en día. En 1918 esto tardaba una media de 15 minutos para llamadas de larga distancia, con lo que era común llamar al operador, decirle que se quería poner una conferencia con tal persona en tal sitio, y luego colgar el teléfono. Al cabo de un rato, el operador te llamaba por teléfono y te ponía en contacto con el receptor de la llamada.

Con el tiempo, por supuesto, las cosas cambiaron: era imposible tener un gran número de teléfonos conectados de esa forma manualmente. De hecho, me ha sorprendido leer que a principios del siglo XX (en 1904) había unos tres millones de teléfonos en los Estados Unidos (más que en cualquier otra parte por aquel entonces), pero seguían casi todos conectados mediante centrales manuales con operadores. Era necesario, sin embargo, automatizar el sistema.

La solución existía, curiosamente, desde 1891, y la había inventado un enterrador de Missouri, Almon Strowger: un interruptor electromecánico que era capaz de conectar al abonado a un teléfono determinado de la misma central de manera automática. Aunque no vamos a entrar en demasiados detalles, el aparato de Strowger funcionaba básicamente así: tenía una parte giratoria, con un motor que la hacía girar. Cuando recibía un pulso eléctrico, el motor se encendía y hacía girar la rueda un “paso”. De ese modo, si se le enviaban cinco pulsos seguidos, la rueda giraba hasta una posición determinada, si se enviaban dos, lo hacía a otra posición, etc., haciendo contacto unos cables u otros sin que ningún operador tuviera que tomar parte.

Interruptor electromecánico de Almon Strowger. Crédito: Wikipedia/FDL.

Naturalmente, el sistema primitivo de Strowger no servía para hablar con alguien que no estuviera en la misma central (y al principio sólo podían soportar unos cuantos teléfonos conectados a cada “rueda”), de modo que seguían haciendo falta operadores para establecer llamadas a larga distancia (“conferencias”). Pero el primer paso hacia la automatización estaba dado — de los sistemas electromecánicos con piezas móviles se pasó, a lo largo del tiempo, a otros electrónicos sin piezas móviles.

Pero ¿cómo enviaba el teléfono los pulsos eléctricos hasta la central para hacer girar las ruedas de Strowger y similares? Los “nuevos” teléfonos adaptados a ellas tenían también una pequeña rueda de marcación, con los dígitos del cero al nueve y agujeros para meter los dedos. Sí, ya sé que tal vez tú también los has utilizado, pero créeme cuando te digo que, cuando hablo de ello a mis alumnos, me miran como si acabase de llegar de otro planeta.

Teléfono alemán de 1948 (W48). Imagen de dominio público.

Cuando se hacía girar la rueda hasta, por ejemplo, el cinco, una leva servía para cerrar el circuito que enviaba un pulso eléctrico (una señal muy corta) a la central en cada paso dado — en este caso, se enviaban cinco pulsos, que hacían girar uno de los interruptores en la central cinco pasos. Se trataba de la marcación por pulsos. Sin embargo, el buen funcionamiento del sistema dependía de que el movimiento de la rueda mediante el dedo fuera suave y continuo, o los pulsos tardarían demasiado (y la central consideraba que se había terminado de enviar ese dígito) o demasiado poco (y entonces sólo se daría un paso en vez de dos). Muy pronto se cambió el sistema: el usuario giraba la rueda sin que se enviase ningún pulso, y luego, según la rueda volvía a su posición inicial mediante un muelle, a una velocidad fija, se iban enviando los pulsos sin posibilidad de error. Poco a poco hicieron falta más y más dígitos por teléfono para que hubiera las suficientes combinaciones posibles, de modo que hizo falta marcar más y más números, pero el sistema siguió siendo básicamente el mismo durante décadas (casi hasta ayer por la mañana, como quien dice).

Otro cambio que se produjo en la década de los 30 fue la desaparición paulatina de las baterías de los teléfonos individuales: era mucho más eficaz que las centrales telefónicas, que estaban al fin y al cabo conectadas a todos los teléfonos mediante cables, fueran quienes proporcionaran la energía eléctrica a los teléfonos. A partir de ahí, las cosas son fácilmente reconocibles para un usuario actual del teléfono, de modo que trataré de explicar cómo funcionaban (y han seguido funcionando, con algunas modificaciones) los teléfonos a partir de los años 30. Seguro que este proceso te suena, aunque tal vez no supieras qué estaba pasando “al otro lado” en cada paso.

El usuario descolgaba el teléfono, lo que conectaba el interruptor y hacía que llegase corriente continua desde la central telefónica. En la central, al detectarse la conexión del circuito, se enviaba al teléfono un tono continuo para indicar que estaba lista para recibir una llamada. En ese momento, el abonado marcaba los dígitos del número al que quería llamar con la rueda (hoy en día suele ser algo diferente, pero de eso hablaremos en un momento); los pulsos enviados a la central hacían que, mediante dispositivos electromecánicos como las “ruedas” de Strowger, se seleccionase el teléfono deseado. Si ese teléfono ya estaba conectado a la línea, la central enviaba un tono entrecortado a quien trataba de llamar (“comunicando”). Si no, enviaba una señal eléctrica bastante intensa al receptor, que hacía sonar, mediante un condensador, el timbre del teléfono. Si alguien lo descolgaba, la central cambiaba la conexión del circuito del timbre al circuito conectado al llamante, con lo que ambos teléfonos quedaban conectados.

Aunque posteriormente se fueron refinando las cosas, los teléfonos apenas cambiaron durante mucho tiempo, ya que funcionaban realmente bien. De hecho, se siguió utilizando casi exclusivamente la patente de Edison del micrófono de carbón hasta los años 70. Lo que sí fue cambiando, especialmente con la llegada de la electrónica, fue el funcionamiento de las centrales, ya que el número de teléfonos siguió aumentando y aumentando sin descanso. El cambio principal, y muy reciente, en los sistemas de marcación, fue el paso de la marcación por pulsos que he mencionado antes a la marcación por tonos que utilizan la mayor parte de las centrales modernas (aunque casi todas seguirían aceptando los pulsos de una rueda, si algún teléfono antiguo está conectado a la red).

En la marcación por tonos no se envía una serie de pulsos eléctricos que la central “cuenta” mediante ningún sistema (electromecánico al principio, electrónico después). Con los pulsos existe la posibilidad de errores, si algún pulso se pierde, y se depende de piezas móviles que pueden romperse con relativa facilidad. En la marcación por tonos, se señala cada dígito a la central como un par de sonidos de frecuencias fijas de entre ocho posibles. Por ejemplo, el número 1 es el par de frecuencias 697 Hz-1209 Hz. Con las ocho frecuencias que se emplean es posible formar dieciséis combinaciones de dos frecuencias, ya que hay dos grupos de cuatro frecuencias que no se mezclan (cada frecuencia de un grupo sólo se combina con una del otro grupo, como si fueran filas-columnas): con 16 posibles combinaciones no estábamos ya restringidos al 0-9. Se añadieron entonces las letras A-D (que, por cierto, nunca he visto utilizar), el asterisco “*” y el cuadradillo (o almohadilla) “#”. Irónicamente, en este caso nos hemos mudado de un sistema digital (el de pulsos) a uno analógico (el de tonos).

Teléfono actual por IP. Imagen de dominio público.

Finalmente, aunque no vamos a entrar en detalle en esto, pues el objetivo de esta serie es hablar más sobre el origen de las cosas cotidianas que de los últimos avances, la digitalización de todo el sistema ha permitido la identificación de llamada y la transmisión de datos a través de la línea telefónica. Últimamente parece que el propio concepto de línea telefónica puede incluso desaparecer, con la proliferación de los teléfonos por IP y el cable. Curiosamente Internet, la “hija” de la línea telefónica, puede comerse a su propia madre. Y en otra ocasión hablaremos también de los teléfonos móviles, ya que merecen su propia entrada.

¡Ay, si Reis levantara la cabeza! ¡El caballo no come ensalada de pepino!

En la próxima entrada de la serie, el pegamento.

Para saber más:

• Teléfono
• Telephone
• Antique telephone history
• Telephone history
• Telephone exchange
• Magnetostriction

En la serie Inventos ingeniosos recorremos objetos de la vida cotidiana en los que no solemos pensar a menudo. Tratamos de mostrar cómo a veces olvidamos las cosas que tenemos delante, considerando interesante sólo el aprender sobre complicadas teorías o descubrimientos: muy a menudo existen cosas realmente curiosas delante de nuestros ojos, o pegadas a nuestros oídos.

Tratamos también, aunque sea difícil, de trasladar al lector al momento de la invención, para dar una idea de lo emocionante y revolucionaria que fue en su momento. Si conseguimos que sientas, aunque sea un poco, el entusiasmo que debió de suscitar la invención de hoy en el siglo XIX, estaremos satisfechos.

En la entrada de hoy veremos uno de esos ejemplos en los que descubrimientos científicos producen una cascada de inventos inevitables: cuando el inventor no es quien piensa primero en una idea, pues todo el mundo está ya pensando en ella, sino que es quien logra primero superar los obstáculos técnicos para llevar esa idea a la práctica. Mi idea era inicialmente hablar sobre el teléfono, pero para entender su funcionamiento hace falta antes comprender el de un invento anterior y más simple, aunque igualmente fascinante: el telégrafo eléctrico.

Receptor de telégrafo de Morse (1844). Observa la aguja y los rodillos donde giraba el papel.

¿Quieres conocer una revolución en la comunicación como no la ha habido de nuevo hasta Internet? ¿Para qué sirve electrocutar monjes unidos en corro? ¿Por qué unir una línea telegráfica a un martillo y un clavo? ¿Quieres ver el telegrama de Orville Wright hablando de un “vuelo de 57 segundos”? ¿Saber cómo se capturó al primer criminal a distancia? Pues ya sabes, sigue leyendo.

Hubo un tiempo, por supuesto, en el que no había telégrafos eléctricos, pero la necesidad de un sistema de comunicación de ese tipo ha estado siempre presente. El problema era que no existía una manera factible de llevarlo a cabo: las comunicaciones a larga distancia se producían, en su mayor parte, de forma muy lenta, como a través del correo o mensajeros. El mundo era un lugar enorme y las cosas iban muy despacio — pero todo eso iba a cambiar.

Sí existían, desde siempre, maneras rápidas de comunicación a distancia, como el silbo gomero, instrumentos de percusión, torres de semáforos, telégrafos hidráulicos o señales de banderas, pero que tenían varios problemas. En primer lugar, su distancia y efectividad estaban limitadas por la capacidad de ver u oír al emisor; en segundo lugar, no permitían la menor intimidad o secreto en la comunicación, ya que cualquiera podía recibir el mensaje. Muchos exigían un entrenamiento específico para poder utilizarlos, de modo que cualquiera no podía simplemente ponerse a usarlos. Finalmente, o bien requerían saber de antemano que se iba a recibir un mensaje (como en el caso de las banderas y otros sistemas visuales), o bien todo el mundo recibía todos los mensajes, como en el caso del silbo, lo que hacía imposible que muchas personas se estuvieran comunicando a la vez.

Estas limitaciones hacían de estos primitivos sistemas útiles para cosas muy específicas, pero no como métodos de comunicación a distancia globales. Hacía falta un sistema que permitiese elegir quién recibía el mensaje y quién no de forma privada, que no dependiese de la distancia, que pudiera ser utilizado por muchas personas a la vez sin interferencias y que no requiriese un entrenamiento extenso. Cada uno de estos requisitos fue siendo superado por inventos sucesivos, pero reconocerás que se trata de una lista bastante exigente.

Aunque parezca mentira, desde el siglo X ya existía un sistema que cumplía casi todos los requisitos: la Gaceta de Pekín menciona, en el año 968, una invención de Kung-Foo-Whing que, por la descripción, debía de ser algún tipo de sistema de tubos para comunicarse a distancia mediante la voz. El problema era, por supuesto, que sólo servía para distancias cortas, pues era la propia voz la que se transmitía por el tubo. Eso sí, era privado, no requería entrenamiento y no había interferencias, siempre que se dispusiera de los tubos necesarios. Se parece más al próximo invento de la serie que al de hoy, pero bueno.

De hecho, este sistema de tubos se ha venido utilizando hasta muy recientemente, puesto que es realmente eficaz para distancias cortas y no requiere una gran inversión. Seguro que has visto el sistema en alguna película en su versión utilizada en barcos (aparece mucho en películas en las que hay buques de guerra), ya que se instalaba en prácticamente todos los de gran tamaño. Con un conjunto de tubos que salieran del puente hasta otros lugares del navío, era posible impartir órdenes y recibir información de forma extremadamente rápida.

Cabina del piloto del destructor japonés Kikuzuki (1926-1942).

Desde luego, no existía ningún sistema de conmutación, y se trataba de un dispositivo puramente mecánico: para “llamar” al otro lado se solía utilizar un silbato, que estaba unido al tubo por una cadena para que no se perdiese. Al soplar el silbato frente al tubo, en el otro lado se podía oír incluso sin tener la oreja pegada al extremo (otros tenían un cordel que iba a lo largo del tubo, unido a una campana o timbre al final). Entonces, el que recibía la “llamada” se ponía a la escucha. Ni qué decir tiene, además, que era imposible emitir y recibir a la vez. Los interlocutores se turnaban, pegando primero la boca y luego la oreja al extremo del tubo. Sí, tenía muchas limitaciones, pero el sistema de tubos estaba por todas partes, no sólo en barcos sino también en coches de lujo (de modo que los pasajeros pudieran comunicarse con el conductor), mansiones (una vez más, para comunicarse con el servicio) y en oficinas, para establecer comunicación entre distintos departamentos sin levantarse del sitio.

Como puedes ver por el Kikuzuki, los tubos de voz se siguieron utilizando mucho después de la invención del teléfono, del que hablaremos en la próxima entrega. En la siguiente foto puedes verlos en una oficina de 1903, también después de la aparición del teléfono:

Oficina en 1903. Observa los tubos colgados de la mesa a la izquierda.

Todo el mundo era consciente de que hacía falta algo más avanzado que estos tubos: el problema era que no existía, durante la primera parte de su existencia, ninguna alternativa. Los siglos XVIII y XIX, con sus enormes avances científicos en los campos de la electricidad y el magnetismo, cambiaría las cosas de manera radical.

La revolución en la comunicación a distancia empezó en 1746, cuando el abad francés Jean-Antoine Nollet se encontraba investigando algunos aspectos de la electricidad. En su faceta como científico se aprovechaba sin pudor de su poder como abad, y utilizaba a sus monjes como parte de sus experimentos. En uno de ellos hizo a doscientos monjes unir sus manos cada uno con el siguiente, formando un gran círculo, y luego descargó una batería de botellas de Leyden (los condensadores primitivos) a través de ellos, produciendo una reacción de dolor en los desafortunados y obedientes monjes.

Lo interesante del asunto es que Nollet observó que la reacción era inmediata: no era capaz de percibir el menor transcurso de tiempo entre la reacción del primer monje y la del último (evidentemente, sí transcurre cierto tiempo, pero es muy pequeño), ni una disminución apreciable de la intensidad de la reacción. Un sistema de comunicación basado en la electricidad sería realmente rápido y llegaría más lejos que un sistema puramente acústico.

En pocos años, la misma idea surgió de varias mentes menos sádicas que las de Nollet: en vez de utilizar sufridos monjes, podrían emplearse conjuntos de cables metálicos para transmitir mensajes. Por ejemplo, si se dispusiera de un cable por cada letra del alfabeto, y se pusiera en el receptor una esfera de resina cargada eléctricamente, sería posible “leer” un mensaje que se está recibiendo simplemente tomando nota de qué esferas se mueven, cuando circula corriente por el cable correspondiente: era posible “escribir a distancia”, es decir, telegrafiar. Esto requería de muchos cables y un suministro constante de electricidad, algo que a mediados del siglo XVII era inviable, pero no me negarás que la idea es ingeniosa, dado lo primitivo de la tecnología del momento. La cuestión es que casi todos tenían claro qué podía lograrse, pero no cómo construir el telégrafo eléctrico de forma práctica.

Había que esperar a dos descubrimientos científicos del siglo XIX, y a partir de entonces surgiría la catarata de inventos que he mencionado al principio. Por un lado, el italiano Alessandro Volta inventaría su famosa pila en 1800, lo que permitía un suministro de corriente continua con el que realizar multitud de experimentos, y con el que enviar mensajes una vez se hubiera perfeccionado el sistema de emisión y recepción. Ya entonces se diseñó el primer telégrafo eléctrico: lo hizo el alemán Samuel Thomas von Soemmering, aunque se trataba de un dispositivo electroquímico muy primitivo comparado con los telégrafos posteriores.

Hacia la misma época Francesc Salvà i Campillo, un médico barcelonés, realiza una demostración de un telégrafo electroquímico que debía de ser similar al de von Soemmering; sin embargo, para lograr grandes distancias y precisión en la comunicación hacía falta esperar al segundo descubrimiento físico que haría del telégrafo la revolución de la primera mitad del siglo XIX.

En 1820, el danés Hans Christian Ørsted coloca una aguja imantada cerca de un cable, y observa que cuando circula corriente por el cable, la aguja se mueve hasta apuntar en una dirección determinada. Es así posible detectar la corriente de un cable sin siquiera tocarlo. Es más, uniendo la aguja a un pequeño muelle que la fuerce a estar en una dirección determinada, es posible medir la intensidad de la corriente del cable: cuanta más intensidad, más se desviará la aguja de su posición inicial. Con alguna modificación para aumentar la sensibilidad, se trata del primer galvanómetro de la historia.

Lo revolucionario de todo el asunto es que los científicos observan, sorprendidos, que el fenómeno funciona en los dos sentidos: cuando por un cable circula corriente, éste se convierte en un imán capaz de atraer agujas imantadas y moverlas. Pero también pasa lo contrario: cuando se mueve algo imantado cerca de un cable, aparece una corriente en él, una corriente eléctrica inducida. La combinación de estos dos efectos cambiará la faz de la Tierra para siempre, y ya me están entrando ganas de hablar del fundamento físico de todo esto, cuando dediquemos una serie entera a la electricidad y el magnetismo.

A partir de aquí, las mejores mentes del siglo ven las posibilidades de forma casi instantánea. El francés André-Marie Ampère sugiere un sistema de cables, cada uno unido a un galvanómetro, de modo que utilizando una pila de Volta puedan leerse mensajes a distancia. El problema es que, según el cable se hace más largo, aumenta la resistencia, y a partir de unos 60 metros la señal no tiene la suficiente intensidad como para mover el galvanómetro del otro lado, con lo que no se logra mucho más alcance que con los tubos de voz.

Otro genio de la época llega al rescate: se trata del estadounidense Joseph Henry, que discurre cómo lograr que una corriente muy débil pueda controlar otra más grande utilizando el electromagnetismo. La solución es hacer pasar la pequeña corriente por una bobina de cable, que se convierte en un imán. Este imán puede entonces atraer a otro imán, aunque sea ligeramente… si el segundo imán es el interruptor de un segundo circuito eléctrico, al moverse debido a la atracción del primer circuito puede tocar un contacto metálico y encender el segundo. De ese modo, una corriente muy débil puede poner en marcha una corriente mucho mayor (pues las pilas del primer y segundo circuito pueden ser independientes). Acaba de nacer el relé, y el telégrafo ya no tiene barreras por delante.

Con un relé en el receptor, una corriente muy débil permitía cerrar el segundo circuito para producir un efecto claramente apreciable, como el movimiento de la aguja de un galvanómetro, incluso a enormes distancias del emisor. Varias versiones del telégrafo fueron surgiendo entonces, con diferencias técnicas y en el sistema de “traducción” de la señal eléctrica a un mensaje humano. El primer sistema comercial (no experimental) se puso en marcha en Gran Bretaña en 1839: se trataba de una línea telegráfica de 21 km de longitud a lo largo de la vía del ferrocarril entre las estaciones de Paddington y West Drayton, y servía de sistema de emergencia y alarma entre las estaciones. Este telégrafo utilizaba el sistema de agujas de galvanómetro que he mencionado antes. Nunca jamás había sido posible comunicarse a esa distancia con tal precisión y rapidez.

La impresión que causó el sistema en la gente fue aún mayor seis años después (en 1845) cuando, por primera vez en la historia, la comunicación casi instantánea entre dos lugares lejanos permitió apresar a un asesino. La estación de Paddington recibió el siguiente mensaje telegráfico desde la de Slough:

Un asesinato acaba de cometerse en Salt Hill y el presunto asesino ha sido visto con un billete de primera clase a Londres en el tren que partió de Slough a las 7:42 pm. Viste ropas de cuáquero con un gran abrigo marrón que le llega hasta los pies. Está en el último compartimento del segundo coche de primera clase.

Cuando el asesino, John Tawell, se bajó del tren en Londres, un policía de paisano lo estaba esperando. Unas horas después, Tawell era arrestado, algo que nunca hubiera sucedido sin el telégrafo. Cuando se publicó la noticia en los periódicos, la opinión pública quedó impresionada, y los gobiernos inmediatamente se pusieron en marcha para avanzar en la tecnología correspondiente (en la guerra, disponer de un sistema de comunicación así daría una ventaja increíble).

Por cierto, no puedo dejar de mencionar algunos detalles más del tal Tawell, porque es una historia bien curiosa: era un químico sin el menor escrúpulo, que puso sus conocimientos al servicio del crimen realizando falsificaciones en Gran Bretaña, por lo que fue arrestado. En 1820 fue enviado, como muchos otros criminales convictos, a Australia, pero logró la libertad y se enriqueció durante unos años en Sydney. Entonces volvió a su país natal, donde se casó… pero volvería al crimen en poco tiempo. Tenía al menos una amante, y en un momento dado decidió acabar con la relación por miedo a que fuera descubierta por su mujer.

La solución a ese problema, si eres un químico malévolo sin escrúpulos a mediados del XIX, está bien clara: le dio a beber ácido prúsico, el nombre de la época para el ácido cianhídrico (cianuro de hidrógeno, HCN, en disolución acuosa). Seguro que has leído sobre el HCN en las novelas de Agatha Christie, donde suele mencionarse su característico olor a almendras amargas. Tras acabar con la vida de la muchacha utilizando la ciencia, Tawell escapó del lugar del crimen utilizando la tecnología: no existe un suceso anterior confirmado en el que un asesino huya de la escena del crimen utilizando el ferrocarril. Desgraciadamente para él, la tecnología y la ciencia se volvieron en su contra y fue apresado gracias a ellas. No me digas que, aunque sea algo morboso, el asunto no es interesante.

Sin embargo, antes de que Tawell fuera apresado y la reputación del telégrafo en Europa ganase tantos puntos, los Estados Unidos ya habían avanzado mucho en ese campo: Samuel Morse y su ayudante, Alfred Vail, habían diseñado un telégrafo eléctrico muy eficaz a largas distancias que no requería de un circuito por cada letra ni nada parecido — un único circuito era suficiente para transmitir un mensaje.

Gran parte del mérito se debió a Vail, que discurrió un sistema binario que traducía el alfabeto a pulsos cortos y largos de la corriente (los relés del telégrafo de Morse también se deben a Vail, sin el cual no hubiera llegado a nada). Este sistema se denomina, con tremenda injusticia, código Morse, y en lo que solemos pensar al oír hablar de él es en “rayas y puntos”. La razón es que los primeros telégrafos de Morse y Vail hacían justamente eso: marcaban rayas y puntos sobre un papel.

Interruptor del telégrafo de Morse/Vail.

El sistema, aparte de los aspectos evidentes, tenía un par de detalles que me parecen realmente ingeniosos. El emisor disponía de un interruptor que podía dejar pasar corriente por el circuito o no; y el receptor tenía un relé y una aguja con un muelle de modo que, dependiendo de si por el circuito pasaba corriente o no, se encontraba “arriba” o “abajo”. Cuando no pasaba corriente, la aguja se encontraba levantada por un muelle; cuando el emisor pulsaba el interruptor y pasaba corriente, el electroimán en el receptor atraía la aguja hacia abajo, de modo que presionaba contra un rodillo de papel giratorio (que a veces tenía tinta, y a veces simplemente se marcaba con un surco de la aguja). Puedes ver los rodillos y la aguja receptora en la foto al principio del artículo, y un diagrama explicativo aquí:

Diagrama del telégrafo de Morse/Vail. Crédito: PACO/CC 2.5 Attribution License.

En 1843 el Congreso de los Estados Unidos aprobó una inversión de 30 000$ (y esa cantidad en la época era una barbaridad) para establecer una línea experimental entre Washington, D.C. y Baltimore. Pronto había líneas telegráficas entre los lugares de gobierno más importantes del país, las principales estaciones de ferrocarril, etc. En 1844 Morse realizó una demostración pública del sistema en la que transmitió un pasaje de la Biblia, y puesto que el sistema Morse/Vail utilizaba papel, aún disponemos del mensaje original. No te pierdas, sobre cada letra escrita a mano, las rayas y puntos originales dejados por la aguja (puede que te haga falta ver la imagen a gran resolución para distinguirlas):

“What hath God wrought”, parte del mensaje de Morse en 1844. Versión a 3860×190 px.

Sin embargo, pronto se hizo evidente que no hacía falta marcar ningún papel salvo que realmente se deseara un documento escrito por el telégrafo. Los operadores de telégrafo eran capaces de seguir los mensajes a partir del ruido que hacía la aguja: al subir o bajar, producía un clic metálico al tocar la pieza que la sujetaba. De hecho, en muy poco tiempo los operadores habían asimilado tan bien el código Morse que ni siquiera les hacía falta escribir rayas y puntos en un papel según oían los clics y clacs de la aguja: eran capaces de “traducir” la serie de ruidos a letras del alfabeto sin el menor problema.

Lo mismo sucedía, claro, con los emisores: al principio era necesario convertir las letras a puntos y rayas cuidadosamente, pero pronto la práctica hizo que los operadores pudieran coger un texto normal y corriente y transmitirlo según lo leían. A partir de entonces, el telégrafo se extendió por todas partes. No sólo era útil para aprehender criminales, sino en prácticamente todos los campos: la capacidad de transmitir información de manera segura (salvo que alguien “pinchara” el cable, claro) y fiable, además de inmediata, a distancias enormes, era algo que no tenía precio. Militares, políticos, hombres de negocios, periodistas… era útil para todo el mundo.

Es difícil hoy comprender lo revolucionario del asunto, pero piensa que el tiempo que se tardaba en propagar la información por el mundo era muy largo hasta la invención del telégrafo: las noticias tardaban semanas o meses en llegar a sus destinos. Tras un par de intentos fallidos, en 1866 se puso en marcha el primer cable de telégrafo transatlántico. Era posible enviar un mensaje de forma inmediata entre Londres y Nueva York. Utilizando puestos de telégrafo intermedios que actuasen de “repetidores” de la señal, en muy pocos años era posible dar una noticia sobre algo que había sucedido, por ejemplo, en el Canal de Suez entre África y Asia, y que la noticia fuera recibida en San Francisco.

Un par de décadas tras su invención, el telégrafo había cambiado la faz del mundo de un modo que sólo puedo comparar al de Internet. Por primera vez en la historia de la humanidad era posible la comunicación global e inmediata, y nada volvería a ser igual: ni los negocios, ni la guerra, ni las relaciones diplomáticas. El mundo se había transformado, y el telégrafo estaba en la punta de lanza del progreso, por primitivo que nos resulte hoy en día.

Para muestra, un botón — observa este mapa de 1891 que muestra las principales líneas telegráficas internacionales:

Versión a 956×600 px.

Naturalmente, en poco tiempo los primitivos interruptores de Morse y Vail habían sido sustituidos: se diseñaron teclados, como los de una máquina de escribir, que un sistema mecánico convertía en pulsos de código Morse, y al revés: sistemas que convertían el código Morse en texto alfabético, denominados teletipos. Con el telégrafo, era posible mandar una “carta” a largas distancias, de modo que la mayor parte del recorrido (hasta la estación de telégrafo más cercana al destinatario) se hacía por telégrafo. En la estación de destino, el operador escribía la carta de nuevo: había nacido el telegrama.

Operador de telégrafo cortando un telegrama (1908).

Para que te hagas una idea de la relevancia del telégrafo en la época, un par de ejemplos: probablemente conoces el momento en el que se clavó el último clavo de la vía transcontinental de ferrocarril que unió los Estados Unidos de costa a costa. La importancia de ese momento para el país fue tremenda.

Ceremonia del “remache de oro” de la Transcontinental Railroad, 10 de Mayo de 1869.

Tan importante fue el evento que el martillo y el “remache de oro” (el último remache de la vía, que unía las dos mitades) fueron unidos a líneas telegráficas, de modo que en multitud de estaciones de telégrafo del país pudieran oírse los martillazos como clics de telégrafo. Desgraciadamente, esto no funcionó muy bien, de modo que un operador de telégrafo pulsó el interruptor manualmente al ritmo de los martillazos. En todo el país, los clics de la aguja retransmitieron en directo los martillazos.

El segundo ejemplo: hemos hablado en El Tamiz del fantástico vuelo de los hermanos Wright, un momento de enorme relevancia para la humanidad. Si has leído ese artículo, no hace falta que te explique la importancia de este telegrama de Orville Wright, enviado el 17 de Diciembre de 1903:

La traducción del texto (se cobraba por la longitud del mensaje, así que eran bastante crípticos) es:

Éxito cuatro vuelos jueves por la mañana todos contra viento de veintiún millas empezamos desde el suelo sólo con potencia del motor velocidad media en el aire treinta y una millas el más largo 57 segundos informa a la prensa a casa en Navidad — Orevelle Wright.

Lo que más me gusta es que, después de informar de uno de los mayores logros del ser humano, y de pedir a su padre (a quien iba dirigido el mensaje) que informase a la prensa, Orville aprovecha para decirle que los hermanos estarán en casa por Navidad.

En cualquier caso, el telégrafo continuó avanzando durante su existencia, incluso tras la aparición del próximo invento de la serie. Edison patentó líneas telegráficas de dos sentidos, Tesla y otros hicieron pruebas de telégrafo sin hilos… pero, como digo, un nuevo invento eclipsaría al telégrafo –sobre todo, para el común de los mortales–. Una manera, no de escribir a distancia, sino de hablar a distancia: el teléfono, del que hablaremos en la próxima entrega de la serie.

Para saber más:

• Telégrafo eléctrico
• Electrical Telegraph