El molinillo de Luz, el engaño más grande de los museos de ciencia

La idea de esta nota no es aburrir a los lectores, sino contarles un par de curiosidades sobre este misterioso cosito.

Aunque formalmente se llama Radiómetro de Crookes, no mide nada, aunque tenga la desinencia -metro. A simple vista es una lamparita con el bulbo hacia arriba. Y en su interior tiene un eje vertical haciendo equilibrio sobre la punta de una aguja con cuatro paletas, plateadas de un lado y negras del otro. Aunque está herméticamente sellado, y casi al vacío en su interior. Cuando se le aplica luz comienza a girar como lo demuestra el video de abajo.

Lo que llama la atención de este instrumento, es para qué fue creado. Y su funcionamiento sigue estando parcialmente tras un velo de misterio.

El científico Sir Williams Crookes descubrió el elemento Talio en 1861, y para pesarlo utilizó una balanza de vacío muy precisa, donde notó que variaban las mediciones cuando le pegaba el sol a la balanza.

Crookes inventó el molinillo de luz que lleva su nombre y explicó que se debía a la presión de la luz. James Clerk Maxwell había predicho esa fuerza luego de explicar que la luz se comportaba como partículas y como ondas al mismo tiempo (es anti-intuitivo, pero la física a muy pequeña y muy gran escala no es compatible con nuestro sentido común).

Yo no se si Crookes veía mal, nunca observó su aparato o no quería darse cuenta de el ligero problema que había con su explicación. Pero no fue hasta 1876 que el físico Arthur Schuster notó que las aspas giraban en sentido contrario...

O sea, si Crookes estaba en lo correcto, la luz, al golpear la cara negra y la plateada al mismo tiempo, terminaría ejerciendo presión sobre la plateada, ya que ésta es la que refleja la luz, y la negra la absorbe.
Tal como funciona un molino de viento.
Pero por alguna razón, el molino, al ser expuesto a la luz, gira con la parte negra atrás, como se puede ver en ese video.

Luego vino Piotr Lébedev, un ruso que hizo la deducción lógica que si la presión de la luz era la responsable del giro del aparato, cuanto menos presión de aire tuviese giraría más rápido, ya que habría menos aire que lo frenase. Por lo que en 1901, con una bomba de mejor calidad extrajo más aire aun y notó que llegaba un punto en el que no giraba más. Y de paso midió la presión de la luz con otro aparato más complejo, descubriendo que era tan pequeña que era imposible que hiciese girar al molinillo de ese modo.

Entonces corrían principios de siglo XX y teníamos un cosito que al iluminarlo cuando tenía aire no giraba, con poco aire sí giraba, y con nada de aire se detenía nuevamente. Y encima giraba al revés de lo que se suponía debía hacerlo.
Y giraba más rápido cuanto mayor es la temperatura de la luz respecto de las aspas y cuanto mayor es la diferencia en el coeficiente de reflectividad de las aspas (mientras más opacas son unas y más plateadas las otras). Pero si la temperatura es demasiado alta (más de unos 1000ºC) no gira. Y si el molinillo se encuentra a más temperatura que el ambiente (metiéndolo en un freezer por ejemplo), gira en sentido opuesto al real, o lo que es lo mismo que como había predicho Crookes, pero no tiene sentido.

Continuando...

Se comenzó a esgrimir una teoría que decía que la luz calentaba las caras negras, excitando el gas de su superficie y haciendo que la vibración de éste empuje las paletas. Pero esto no tendría sentido porque aunque se movían más violentamente, disminuían su densidad, por lo que se equilibraría la fuerza ejercida por las moléculas de los dos lados de cada aspa.

El mismo Einstein se metió en esto también, y demostró que aunque la presión no se equilibraría exactamente de ambas caras en los bordes de las aspas, la fuerza resultante no alcanzaría para hacer girar tan rápidamente el molinillo.

Finalmente, la estuvo Osborne Reynolds que descubrió el efecto de transpiración térmica: que en superficies porosas, el gas fluye del lado frío al caliente. Y aunque las aspas de la vela no sean porosas, los bordes podrían generar un efecto similar a una porosidad.

Wikipedia en inglés dice que probablemente la fuerza resultante es una mezcla de la de Reynolds y Einstein.
Aunque si así fuese, habría Light-Mills cuyas paletas estén construidas con materiales porosos, o bien alguna forma que tenga más perímetro con la misma superficie. Para compararlos entre sí.

Conclusiones

-Parece que este pequeño invento generó más problemas que soluciones, ya que al día de hoy no se sabe exactamente qué fuerza lo hace girar.
Y tampoco parece tener ninguna aplicación práctica, salvo los sistemas de propulsión basados en velas solares, o sea, ninguna aplicación práctica.

-En internet no encontré más nada, Wikipedia en inglés y español está incompleta en este tema. Hay trabajos prácticos de experimentos de universidades en varios idiomas pero son ejercicios y no llegan a nada, por eso yo concluyo que no se estudió más nada. Y si se hubiera sabido algo más los blogs hambrientos de novedades científicas hubieran hecho eco al respecto.

-Más de una vez escuché de algún profesor o leí en algún libro que el molinillo gira por la presión de la luz, aunque no sabría citar fuentes respecto a esto.
Incluso Wikipedia en inglés dice que se siguen vendiendo Molinillos Solares que en cuya caja se explica que giran por la presión de la radiación, que si bien no se sabe exactamente por qué, se sabe que no es así desde el siglo IXX.
Incluso creo haber visto uno de éstos instrumentos en el Museo de Ciencias Experimentales de la ciudad de Rosario, pero no podría poner las manos en el fuego sobre qué explicación dan ellos del aparato. Llamé por teléfono pero no había ningún guía que me pudiese contestar, mañana a las 17 me dijeron que podía llamar de nuevo y confirmar la información.

(Ver los comentarios)

Sería interesante si consiguen contactar a algún físico que esclarezca esto, o que llamen a sus museos para ver qué dicen.

Mientras tanto, seguirá siendo un misterio.

Varias fuentes que se contradicen entre sí
Ciencia.net
Experimentos sobre el radiómetro de la Universidad de Cantabria en PDF
Wikipedia Ingles, radiómetro de crookes
Phisycs FAQ
Cuaderno Mental, un blog con una explicación medio rara


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