Sir Charles Wheatstone FRS FRSE ( / ˈw iː t s t ə n / ; [1] 6 de febrero de 1802 - 19 de octubre de 1875), fue un científico e inventor inglés de la era victoriana , cuyas contribuciones incluyen la concertina inglesa , el estereoscopio (un dispositivo para mostrar imágenes tridimensionales) y el cifrado Playfair (una técnica de cifrado ). Sin embargo, Wheatstone es más conocido por sus contribuciones en el desarrollo del puente de Wheatstone , originalmente inventado por Samuel Hunter Christie , que se utiliza para medir una resistencia eléctrica desconocida, y como una figura importante en el desarrollo de la telegrafía .
Charles Wheatstone nació en Barnwood , Gloucestershire. Su padre, W. Wheatstone, era un vendedor de música en la ciudad, que se mudó al 128 de Pall Mall, Londres, cuatro años más tarde, convirtiéndose en profesor de flauta. Charles, el segundo hijo, fue a una escuela de pueblo, cerca de Gloucester, y luego a varias instituciones en Londres. Una de ellas estaba en Kennington , y estaba a cargo de una señora Castlemaine, que estaba asombrada por su rápido progreso. De otra se escapó, pero fue capturado en Windsor , no lejos del teatro de su telégrafo práctico. De niño era muy tímido y sensible, y le gustaba retirarse a un ático, sin otra compañía que sus propios pensamientos.
Cuando tenía unos catorce años entró como aprendiz en casa de su tío, que también llevaba su mismo nombre y que fabricaba y vendía instrumentos musicales en el número 436 de Strand, Londres. Sin embargo, no mostró mucho gusto por las manualidades ni por los negocios, y prefería estudiar libros. Su padre lo alentó a hacerlo y finalmente lo sacó del cuidado de su tío.
A los quince años, Wheatstone tradujo poesía francesa y escribió dos canciones, una de las cuales le regaló a su tío, quien la publicó sin saber que era una composición de su sobrino. Algunos versos suyos en la lira se convirtieron en el lema de un grabado de Bartolozzi . A menudo visitaba un viejo puesto de libros en las cercanías de Pall Mall , que entonces era una calle ruinosa y sin pavimentar. La mayor parte de su dinero de bolsillo se gastaba en comprar los libros que le gustaban, ya fueran cuentos de hadas, historia o ciencia.
Un día, para sorpresa del librero, codició un volumen sobre los descubrimientos de Volta en la electricidad, pero como no tenía dinero para comprarlo, ahorró sus peniques y se hizo con el volumen. Estaba escrito en francés, por lo que se vio obligado a ahorrar de nuevo hasta que pudo comprar un diccionario. Entonces empezó a leer el volumen y, con la ayuda de su hermano mayor, William, a repetir los experimentos que en él se describían, con una batería casera, en el trastero de detrás de la casa de su padre. Para construir la batería, los jóvenes filósofos se quedaron cortos de dinero para adquirir las placas de cobre necesarias. Sólo les quedaban unas pocas monedas de cobre. A Charles, que era el espíritu que dirigía estas investigaciones, se le ocurrió una feliz idea: «Debemos utilizar los propios peniques», dijo, y la batería estuvo pronto terminada.
El 12 de febrero de 1847, Wheatstone se casó en Christchurch, Marylebone , con Emma West, hija de un comerciante de Taunton y de aspecto atractivo. Ella murió en 1866, dejando a su cuidado una familia de cinco niños pequeños. Su vida doméstica fue tranquila y sin incidentes.
Aunque silencioso y reservado en público, Wheatstone era un conversador claro y locuaz en privado, cuando se le preguntaba sobre sus estudios favoritos, y su persona pequeña pero activa, su rostro sencillo pero inteligente, estaba lleno de animación. Sir Henry Taylor nos cuenta que una vez vio a Wheatstone en una velada en Oxford hablando con seriedad a Lord Palmerston sobre las capacidades de su telégrafo. «¡No digas eso!», exclamó el estadista. «Tengo que conseguir que se lo digas al Lord Canciller ». Y diciendo esto, atacó al electricista contra Lord Westbury y logró escapar. Un recuerdo de esta entrevista puede haber impulsado a Palmerston a comentar que llegaría un momento en que a un ministro se le podría preguntar en el Parlamento si había estallado la guerra en la India, y él respondería: «Espera un minuto; le enviaré un telegrama al Gobernador General y te lo haré saber».
Wheatstone fue nombrado caballero en 1868, después de completar el telégrafo automático. [2] Anteriormente había sido nombrado Caballero de la Legión de Honor . Unas treinta y cuatro distinciones y diplomas de sociedades nacionales o extranjeras dieron testimonio de su reputación científica. Desde 1836 había sido miembro de la Royal Society, y en 1859 fue elegido miembro extranjero de la Real Academia Sueca de Ciencias , y en 1873 asociado extranjero de la Academia Francesa de Ciencias . El mismo año fue galardonado con la Medalla Ampere por la Sociedad Francesa para el Fomento de la Industria Nacional. En 1875 fue creado miembro honorario de la Institución de Ingenieros Civiles. Fue DCL de Oxford y LL.D. de Cambridge.
Durante una visita a París durante el otoño de 1875, y ocupado en perfeccionar su instrumento receptor para cables submarinos, se resfrió, lo que le produjo una inflamación de los pulmones , enfermedad de la que murió en París, el 19 de octubre de 1875, a la edad de 73 años. Se celebró un servicio conmemorativo en la Capilla Anglicana de París, al que asistió una delegación de la academia. Sus restos fueron llevados a su casa en Park Crescent, Londres, (marcada con una placa azul en la actualidad) y enterrados en el cementerio de Kensal Green .
En septiembre de 1821, Wheatstone se hizo conocido al exponer la «Lira encantada» o «Acoucryptophone» en una tienda de música de Pall Mall y en la Galería de Adelaida. Consistía en una lira imitadora colgada del techo mediante una cuerda y que emitía las notas de varios instrumentos: el piano, el arpa y el salterio . En realidad, era una simple caja de resonancia y la cuerda era una varilla de acero que transmitía las vibraciones de la música de los diversos instrumentos que se tocaban fuera de la vista y del alcance del oído. En este período, Wheatstone realizó numerosos experimentos sobre el sonido y su transmisión. Algunos de sus resultados se conservan en los Anales de filosofía de Thomson de 1823.
Reconoció que el sonido se propaga por ondas u oscilaciones de la atmósfera, como se creía entonces que la luz se propagaba por ondulaciones del éter luminífero . El agua y los cuerpos sólidos, como el vidrio, el metal o la madera sonora, transmiten las modulaciones a gran velocidad, y concibió el plan de transmitir señales sonoras, música o habla a grandes distancias por este medio. Calculó que el sonido viajaría a 200 millas por segundo (320 km/s ) a través de varillas sólidas, y propuso telegrafiar de Londres a Edimburgo de esta manera. Incluso llamó a su dispositivo "teléfono". ( Robert Hooke , en su Micrographia , publicada en 1667, escribe: "Puedo asegurar al lector que, con la ayuda de un alambre distendido, he propagado el sonido a una distancia muy considerable en un instante, o con un movimiento aparentemente tan rápido como el de la luz". Tampoco era esencial que el alambre fuera recto; podía doblarse en ángulos. Esta propiedad es la base del teléfono mecánico o de los amantes, que se dice que los chinos conocían hace muchos siglos. Hooke también consideró la posibilidad de encontrar una forma de acelerar nuestros poderes de audición.)
Un escritor del Repository of Arts del 1 de septiembre de 1821, al referirse a la 'Lira encantada', contempla la perspectiva de que se represente una ópera en el King's Theatre y se disfrute en el Hanover Square Rooms , o incluso en el Horns Tavern, Kennington. Las vibraciones deben viajar a través de conductores subterráneos, como el gas en las tuberías.
Además de transmitir sonidos a distancia, Wheatstone ideó un instrumento sencillo para amplificar los sonidos débiles, al que dio el nombre de «micrófono». Consistía en dos varillas delgadas que transmitían las vibraciones mecánicas a ambos oídos y era muy diferente del micrófono eléctrico del profesor Hughes.
En 1823, su tío, el fabricante de instrumentos musicales, murió, y Wheatstone, junto con su hermano mayor, William, se hicieron cargo del negocio. Charles no tenía un gran gusto por la parte comercial, pero su ingenio encontró una salida al realizar mejoras en los instrumentos existentes y al idear juguetes filosóficos. También inventó sus propios instrumentos. Uno de los más famosos fue la concertina de Wheatstone . Era un instrumento de seis lados con 64 [ cita requerida ] teclas, dispuestas lógicamente para digitaciones cromáticas simples. La concertina inglesa se hizo cada vez más famosa a lo largo de su vida, sin embargo, no alcanzó su pico de popularidad hasta principios del siglo XX. [a]
En 1827, Wheatstone presentó su « caleidófono », un dispositivo que permitía visualizar las vibraciones de un cuerpo sonoro. Consistía en una varilla de metal que tenía en su extremo una perla plateada que reflejaba un «punto» de luz. Cuando la varilla vibraba, se veía que el punto describía figuras complicadas en el aire, como una chispa que giraba en la oscuridad. Probablemente, este aparato fue la inspiración de su fotómetro , que permitía comparar dos luces por el brillo relativo de sus reflejos en una perla plateada que describía una elipse estrecha, de modo que los puntos se dibujaban en líneas paralelas.
En 1828, Wheatstone mejoró el instrumento de viento alemán, llamado Mundharmonika , creando el symphonium (o symphonion [b] ), un instrumento de boca de lengüeta libre con una disposición lógica de teclas de botones, patentado el 19 de diciembre de 1829, [4] prefigurando la concertina inglesa soplada por fuelle. [5] El armonio portátil es otro de sus inventos, que ganó una medalla de premio en la Gran Exposición de 1851. También mejoró la máquina parlante de De Kempelen , y respaldó la opinión de Sir David Brewster , de que antes de finales de este siglo un aparato para cantar y hablar estaría entre las conquistas de la ciencia.
En 1834, Wheatstone, que ya se había hecho un nombre, fue nombrado presidente de Física experimental en el King's College de Londres . Su primer curso de conferencias sobre el sonido fue un completo fracaso, debido a su aversión a hablar en público. En la tribuna se le trababa la lengua y era incapaz de hacerlo, a veces dándole la espalda al público y murmurando ante los diagramas de la pared. En el laboratorio se sentía como en casa y desde entonces limitó sus tareas principalmente a la demostración.
En 1834, alcanzó fama gracias a un gran experimento: la medición de la velocidad de la electricidad en un alambre. Cortó el alambre por la mitad para formar un hueco por el que pudiera saltar una chispa y conectó sus extremos a los polos de una botella de Leyden llena de electricidad. De este modo se produjeron tres chispas, una en cada extremo del alambre y otra en el medio. Colocó un pequeño espejo en el mecanismo de un reloj, de modo que girara a gran velocidad, y observó en él los reflejos de las tres chispas. Las puntas del alambre estaban dispuestas de tal manera que, si las chispas eran instantáneas, sus reflejos aparecían en una línea recta; pero se vio que la del medio iba retrasada respecto de las demás, porque se producía un instante después. La electricidad había tardado un cierto tiempo en viajar desde los extremos del alambre hasta el medio. Este tiempo se determinó midiendo la cantidad de retraso y comparándola con la velocidad conocida del espejo. Una vez obtenido el tiempo, sólo tenía que compararlo con la longitud de la mitad del alambre y podía hallar la velocidad de la electricidad. Sus resultados dieron una velocidad calculada de 288.000 millas por segundo, es decir, más rápido que lo que ahora sabemos que es la velocidad de la luz (299.792,458 kilómetros por segundo (186.000 mi/s)), pero aun así fueron una aproximación interesante. [6] [7]
Algunos científicos ya comprendían que la "velocidad" de la electricidad dependía de las propiedades del conductor y de su entorno. Francis Ronalds había observado un retardo de la señal en su cable telegráfico eléctrico enterrado (pero no en su línea aérea) en 1816 y dedujo que la causa era la inducción. [8] Wheatstone fue testigo de estos experimentos cuando era joven, que aparentemente fueron un estímulo para su propia investigación en telegrafía. Décadas más tarde, después de que el telégrafo se hubiera comercializado, Michael Faraday describió cómo la velocidad de un campo eléctrico en un cable submarino, recubierto de aislante y rodeado de agua, es de sólo 144.000 millas por segundo (232.000 km/s), o incluso menos.
El dispositivo del espejo giratorio de Wheatstone fue empleado posteriormente por Léon Foucault e Hippolyte Fizeau para medir las velocidades relativas de la luz en el aire frente al agua , y más tarde para medir la velocidad de la luz .
Wheatstone y otros también contribuyeron a la espectroscopia temprana a través del descubrimiento y explotación de líneas de emisión espectral. [9] [10] [11]
Como escribió John Munro en 1891: "En 1835, en la reunión de la Asociación Británica en Dublín, Wheatstone demostró que cuando los metales se volatilizaban en la chispa eléctrica, su luz, examinada a través de un prisma, revelaba ciertos rayos que eran característicos de ellos. De este modo, el tipo de metales que formaban los puntos de chispa se podía determinar analizando la luz de la chispa. Esta sugerencia ha sido de gran utilidad en el análisis del espectro y, tal como la aplicaron Robert Bunsen , Gustav Robert Kirchhoff y otros, ha llevado al descubrimiento de varios elementos nuevos, como el rubidio y el talio , además de aumentar nuestro conocimiento de los cuerpos celestes". [12]
Wheatstone abandonó su idea de transmitir información mediante la vibración mecánica de varillas y se dedicó al telégrafo eléctrico . En 1835 dio una conferencia sobre el sistema del barón Schilling y declaró que ya se conocían los medios por los que un telégrafo eléctrico podría ser de gran utilidad para el mundo. Realizó experimentos con un plan propio y no solo propuso tender una línea experimental a través del Támesis, sino establecerla en el ferrocarril de Londres y Birmingham. Sin embargo, antes de que se llevaran a cabo estos planes, recibió una visita de William Cooke en su casa de Conduit Street el 27 de febrero de 1837, que tuvo una importante influencia en su futuro.
Cooke era un oficial del ejército de Madrás que, estando en casa de permiso, asistía a unas conferencias sobre anatomía en la Universidad de Heidelberg , donde, el 6 de marzo de 1836, presenció una demostración con el telégrafo del profesor Georg Munke , y quedó tan impresionado por su importancia, que abandonó sus estudios de medicina y dedicó todos sus esfuerzos a la labor de introducir el telégrafo. Regresó a Londres poco después y pudo exhibir un telégrafo con tres agujas en enero de 1837. Sintiendo su falta de conocimiento científico, consultó a Michael Faraday y Peter Roget (entonces secretario de la Royal Society ): Roget lo envió a Wheatstone.
En una segunda entrevista, Cooke le comunicó a Wheatstone su intención de sacar a la luz un telégrafo funcional y le explicó su método. Wheatstone, según sus propias declaraciones, le comentó a Cooke que el método no funcionaría y fabricó su propio telégrafo experimental. Finalmente, Cooke propuso que se asociaran, pero Wheatstone se mostró reacio al principio a aceptar. Era un hombre de ciencia muy conocido y tenía la intención de publicar sus resultados sin tratar de sacar provecho de ellos. Cooke, por otro lado, declaró que su único objetivo era hacer una fortuna con el plan. En mayo acordaron unir sus fuerzas: Wheatstone aportaría el talento científico y Cooke el administrativo. La escritura de asociación estaba fechada el 19 de noviembre de 1837. Se obtuvo una patente conjunta para sus inventos, incluido el telégrafo de cinco agujas de Wheatstone [13] y una alarma accionada por un relé, en el que la corriente, al sumergir una aguja en mercurio, completaba un circuito local y liberaba el retén de un mecanismo de relojería.
El telégrafo de cinco agujas, que se debió principalmente, si no en su totalidad, a Wheatstone, era similar al de Schilling y se basaba en el principio enunciado por Ampère , es decir, la corriente se enviaba a la línea cerrando el circuito de la batería con una llave de apertura y cierre, y en el otro extremo pasaba por una bobina de alambre que rodeaba una aguja magnética que podía girar libremente alrededor de su centro. Según se aplicara un polo u otro de la batería a la línea mediante la llave, la corriente desviaba la aguja hacia un lado u otro. Había cinco circuitos separados que accionaban cinco agujas diferentes. Estas últimas giraban en filas a lo largo del centro de una esfera con forma de diamante, y sobre ella estaban dispuestas las letras del alfabeto de tal manera que la corriente señalaba literalmente una letra al desviar dos de las agujas hacia ella.
El 25 de julio de 1837 se instaló una línea experimental, con un sexto cable de retorno, entre la terminal de Euston y la estación de Camden Town del Ferrocarril de Londres y el Noroeste . La distancia real era de sólo una milla y media (2,4 km), pero se había insertado un cable de repuesto en el circuito para aumentar su longitud. La prueba tuvo lugar a última hora de la tarde. Cooke estaba a cargo en Camden Town, mientras Robert Stephenson y otros caballeros observaban; y Wheatstone estaba sentado frente a su instrumento en una pequeña habitación sucia, iluminada por una vela de sebo, cerca de la oficina de reservas de Euston. Wheatstone envió el primer mensaje, al que Cooke respondió: y "nunca", dijo Wheatstone, "sentí una sensación tan tumultuosa antes, como cuando, solo en la sala de espera, oí el clic de las agujas y, mientras deletreaba las palabras, sentí toda la magnitud de la invención declarada practicable más allá de toda duda o discusión".
A pesar de esta prueba, los directores del ferrocarril trataron con indiferencia el invento "de última moda" y pidieron que se eliminara. Sin embargo, en julio de 1839, el Great Western Railway lo favoreció y se construyó una línea desde la terminal de la estación de Paddington hasta la estación de ferrocarril de West Drayton , una distancia de trece millas (21 km). Al principio, parte del cable se tendió bajo tierra, pero luego todo se elevó sobre postes a lo largo de la línea. Su circuito finalmente se extendió a Slough en 1841 y se exhibió públicamente en Paddington como una maravilla de la ciencia, que podía transmitir cincuenta señales a una distancia de 280.000 millas por minuto (7.500 km/s). El precio de la entrada era un chelín (£0,05), y en 1844 un observador fascinado registró lo siguiente:
El telégrafo funciona perfectamente desde el final de la línea Great Western hasta Slough, es decir, dieciocho millas; en algunos lugares los cables están bajo tierra en tubos y en otros en lo alto, lo que, según él, es con diferencia el mejor plan. Le preguntamos si el tiempo no afectaba a los cables, pero nos dijo que no; una tormenta violenta podía hacernos sonar la alarma, pero no más. Nos llevaron a una pequeña habitación (éramos la señora Drummond , la señorita Philips, Harry Codrington y yo, y después los Milman y el señor Rich) donde había varias cajas de madera que contenían distintos tipos de telégrafos. En uno de ellos se deletreaba cada palabra y, a medida que cada letra se colocaba en una posición determinada, la maquinaria hacía que el fluido eléctrico corriera por la línea, donde hacía que la letra se mostrara en Slough, aunque no se atrevió a explicar por qué maquinaria. Después de cada palabra venía una señal de Slough, que significaba "entiendo", que llegaba ciertamente en menos de un segundo desde el final de la palabra......Otro imprime los mensajes que trae, de modo que si nadie atendiera a la campana,... el mensaje no se perdería. Esto se efectúa mediante el fluido eléctrico que hace que un pequeño martillo golpee la letra que se presenta, la letra que se levanta golpea un papel de escritura múltiple (una nueva invención, papel negro que, si se presiona, deja una marca negra indeleble), por lo que la impresión queda en un papel blanco debajo. Este fue el más ingenioso de todos, y aparentemente el favorito del Sr. Wheatstone; era muy bondadoso al explicarlo, pero lo entiende tan bien que no puede darse cuenta de lo poco que sabemos sobre él, y va demasiado rápido para que gente tan ignorante lo siga en todo. La Sra. Drummond me dijo que es maravilloso por la rapidez con la que piensa y su poder de invención; inventa tantas cosas que no puede poner en práctica ni la mitad de sus ideas, sino que las deja para que sean recogidas y utilizadas por otros, quienes se llevan el crédito por ellas. [14]
El público se hizo eco de este nuevo invento tras la captura del asesino John Tawell , que en 1845 se había convertido en la primera persona en ser detenida gracias a la tecnología de las telecomunicaciones. Ese mismo año, Wheatstone introdujo dos formas mejoradas del aparato, a saber, los instrumentos de aguja "simple" y "doble", en los que las señales se generaban mediante desviaciones sucesivas de las agujas. De estos, el instrumento de aguja única, que requiere un solo cable, todavía se utiliza. [ cita requerida ]
El desarrollo del telégrafo se puede deducir de dos hechos. En 1855, la muerte del emperador Nicolás en San Petersburgo , alrededor de la una de la tarde, se anunció en la Cámara de los Lores unas horas más tarde. El resultado de The Oaks de 1890 se recibió en Nueva York quince segundos después de que los caballos pasaran por el poste de llegada.
En 1841 surgió una diferencia entre Cooke y Wheatstone sobre la parte que le correspondía a cada uno de ellos en la invención del telégrafo. La cuestión fue sometida al arbitraje del famoso ingeniero Marc Isambard Brunel , en nombre de Cooke, y del profesor Daniell , del King's College, inventor de la célula Daniell , en nombre de Wheatstone. Atribuyeron a Cooke el mérito de haber introducido el telégrafo como una empresa útil que prometía ser de importancia nacional, y a Wheatstone el de haber preparado al público para recibirlo con sus investigaciones. Concluyeron con las palabras: "Es a los trabajos unidos de dos caballeros tan bien calificados para la ayuda mutua a lo que debemos atribuir el rápido progreso que ha logrado este importante invento durante los cinco años que han estado asociados". La decisión, aunque vaga, declara que el telégrafo de agujas es una producción conjunta. Si bien fue inventado principalmente por Wheatstone, fue introducido principalmente por Cooke. Sus respectivas participaciones en la empresa podrían compararse a las de un autor y su editor, salvo por el hecho de que el propio Cooke tuvo una participación en el trabajo real de invención.
Entre 1836 y 1837, Wheatstone había reflexionado mucho sobre los telégrafos submarinos y en 1840 prestó declaración ante el Comité de Ferrocarriles de la Cámara de los Comunes sobre la viabilidad de la línea propuesta de Dover a Calais . Incluso había diseñado la maquinaria para fabricar y tender el cable. En el otoño de 1844, con la ayuda de J. D. Llewellyn, sumergió un trozo de cable aislado en la bahía de Swansea y envió señales a través de él desde un barco hasta el faro de Mumbles . El año siguiente sugirió el uso de gutapercha para recubrir el cable que se pretendía construir a través del Canal de la Mancha .
En 1840, Wheatstone patentó un telégrafo alfabético, o "instrumento ABC de Wheatstone", que se movía paso a paso y mostraba las letras del mensaje en un cuadrante. El mismo principio se utilizó en su telégrafo de impresión de tipos, patentado en 1841. Este fue el primer aparato que imprimía un telegrama en tipos. Funcionaba mediante dos circuitos y, a medida que los tipos giraban, un martillo, accionado por la corriente, presionaba la letra requerida sobre el papel.
La introducción del telégrafo había avanzado tanto que, el 2 de septiembre de 1845, se registró la Electric Telegraph Company y Wheatstone, mediante su escritura de asociación con Cooke, recibió una suma de 33.000 libras por el uso de sus invenciones conjuntas.
En 1859, Wheatstone fue designado por la Junta de Comercio para informar sobre el tema de los cables del Atlántico, y en 1864 fue uno de los expertos que asesoraron a la Atlantic Telegraph Company en la construcción de las exitosas líneas de 1865 y 1866.
En 1870 las líneas telegráficas eléctricas del Reino Unido, operadas por diferentes compañías, fueron transferidas a Correos y puestas bajo control gubernamental.
Wheatstone inventó además el transmisor automático , en el que las señales del mensaje se imprimen primero en una tira de papel ( cinta perforada ), que luego pasa a través de la llave de transmisión y controla las corrientes de señal. Al sustituir un mecanismo por la mano para enviar el mensaje, pudo telegrafiar unas 100 palabras por minuto, o cinco veces la velocidad normal. En el servicio de telégrafo postal, este aparato se utiliza para enviar telegramas de prensa y recientemente ha mejorado tanto que ahora los mensajes se envían de Londres a Bristol a una velocidad de 600 palabras por minuto, e incluso de 400 palabras por minuto entre Londres y Aberdeen. En la noche del 8 de abril de 1886, cuando Gladstone presentó su proyecto de ley de autonomía en Irlanda , no menos de 1.500.000 palabras fueron enviadas desde la estación central de St. Martin's-le-Grand por 100 transmisores Wheatstone. El plan de enviar mensajes mediante una tira de papel que acciona la tecla fue patentado originalmente por Alexander Bain en 1846; pero Wheatstone, con la ayuda de Augustus Stroh, un mecánico consumado y un experimentador capaz, fue el primero en poner en práctica la idea con éxito. Este sistema se conoce a menudo como el Perforador de Wheatstone [15] y es el precursor de la cinta de cotización de la bolsa de valores . [16]
La estereopsis fue descrita por primera vez por Wheatstone en 1838. [17] En 1840 recibió la Medalla Real de la Royal Society por su explicación de la visión binocular , una investigación que lo llevó a hacer dibujos estereoscópicos y construir el estereoscopio . Demostró que nuestra impresión de solidez se obtiene mediante la combinación en la mente de dos imágenes separadas de un objeto tomadas por ambos ojos desde diferentes puntos de vista. Así, en el estereoscopio, una disposición de lentes o espejos, se combinan dos fotografías del mismo objeto tomadas desde diferentes puntos de vista de manera que el objeto se destaque con un aspecto sólido. Sir David Brewster mejoró el estereoscopio prescindiendo de los espejos y dándole su forma actual con lentes.
El pseudoscopio (Wheatstone acuñó el término a partir del griego ψευδίς σκοπειν) fue introducido en 1852, [18] y es en cierto modo el reverso del estereoscopio, ya que hace que un objeto sólido parezca hueco y que uno más cercano parezca más lejano; así, un busto parece una máscara y un árbol que crece fuera de una ventana parece que crece dentro de la habitación. Su propósito era poner a prueba su teoría de la visión estereoscópica y para investigaciones sobre lo que ahora se llamaría psicología experimental.
En 1840, Wheatstone introdujo su cronoscopio, que medía intervalos de tiempo de un minuto y que se utilizaba para determinar la velocidad de una bala o el paso de una estrella. En este aparato, una corriente eléctrica accionaba un electroimán, que registraba el instante de un suceso mediante un lápiz sobre un papel en movimiento. Se dice que era capaz de distinguir 1/7300 de segundo (137 microsegundos) y el tiempo que tardaba un cuerpo en caer desde una altura de una pulgada (25 mm).
El 26 de noviembre de 1840, exhibió su reloj electromagnético en la biblioteca de la Royal Society y propuso un plan para distribuir la hora correcta de un reloj estándar a una serie de relojes locales. Los circuitos de estos debían ser electrificados por una llave o contactor accionado por el eje del patrón y sus manecillas corregidas por electromagnetismo. El siguiente enero, Alexander Bain sacó una patente para un reloj electromagnético y posteriormente encargó a Wheatstone que se apropiara de sus ideas. Parece que Bain trabajó como mecánico para Wheatstone desde agosto hasta diciembre de 1840 y afirmó que había comunicado la idea de un reloj eléctrico a Wheatstone durante ese período; pero Wheatstone sostuvo que había experimentado en esa dirección durante mayo. Bain acusó además a Wheatstone de robar su idea del telégrafo de impresión electromagnético; pero Wheatstone demostró que el instrumento era solo una modificación de su propio telégrafo electromagnético.
En 1840, Alexander Bain le mencionó sus problemas financieros al editor de la revista Mechanics Magazine. El editor le presentó a Sir Charles Wheatstone. Bain le mostró sus modelos a Wheatstone, quien, cuando le pidió su opinión, dijo: "Oh, no me molestaría en desarrollar más estas cosas. No tienen futuro". [ cita requerida ] Tres meses después, Wheatstone mostró un reloj eléctrico a la Royal Society, afirmando que era su propia invención. Sin embargo, Bain ya había solicitado una patente para él. Wheatstone intentó bloquear las patentes de Bain, pero fracasó. Cuando Wheatstone organizó una ley del Parlamento para crear la Electric Telegraph Company, la Cámara de los Lores citó a Bain para que declarara y, finalmente, obligó a la empresa a pagarle £ 10,000 y darle un trabajo como gerente, lo que provocó que Wheatstone dimitiera.
Uno de los dispositivos más ingeniosos de Wheatstone fue el «reloj polar», que se exhibió en la reunión de la Asociación Británica en 1848. Se basa en el hecho descubierto por Sir David Brewster de que la luz del cielo está polarizada en un plano que forma un ángulo de noventa grados con respecto a la posición del sol. De ello se deduce que al descubrir ese plano de polarización y medir su acimut con respecto al norte, se podía determinar la posición del sol, aunque estuviera por debajo del horizonte, y obtener la hora solar aparente.
El reloj consistía en un catalejo con un prisma de Nicol (doble imagen) como ocular y una fina placa de selenita como lente de observación. Cuando el tubo se dirigía hacia el Polo Norte (es decir, paralelo al eje de la Tierra) y el prisma del ocular giraba hasta que no se veía ningún color, el ángulo de giro, indicado por un índice que se movía con el prisma sobre una lámina graduada, daba la hora del día. El dispositivo es de poca utilidad en un país donde los relojes son fiables, pero formó parte del equipo de la expedición al Polo Norte de 1875-1876 comandada por el capitán Nares.
En 1843, Wheatstone presentó a la Royal Society un importante artículo titulado «An Account of Various New Processes for Determining the Constants of a Voltaic Circuit» (Resumen de varios procesos nuevos para determinar las constantes de un circuito voltaico). En él se exponía la conocida balanza para medir la resistencia eléctrica de un conductor, que todavía se conoce con el nombre de Puente o balanza de Wheatstone, aunque fue ideada por primera vez por Samuel Hunter Christie , de la Real Academia Militar de Woolwich, quien la publicó en Philosophical Transactions en 1833. [19] El método quedó abandonado hasta que Wheatstone lo hizo conocido. [20]
Su artículo está repleto de fórmulas sencillas y prácticas para el cálculo de corrientes y resistencias mediante la ley de Ohm . Introdujo una unidad de resistencia, concretamente un pie de alambre de cobre que pesaba cien granos (6,5 g), y mostró cómo podía aplicarse para medir la longitud del alambre por su resistencia. La Sociedad le concedió una medalla por su artículo. [21] El mismo año inventó un aparato que permitía registrar la lectura de un termómetro o un barómetro a distancia mediante un contacto eléctrico realizado por el mercurio. Un telégrafo sonoro, en el que las señales se daban mediante los golpes de una campana, también fue patentado por Cooke y Wheatstone en mayo de ese año.
El notable ingenio de Wheatstone también se manifestó en la invención de los sistemas de cifrado. Fue responsable del entonces inusual sistema de cifrado Playfair , llamado así en honor a su amigo Lord Playfair . Fue utilizado por los ejércitos de varias naciones al menos durante la Primera Guerra Mundial, y se sabe que fue utilizado durante la Segunda Guerra Mundial por los servicios de inteligencia británicos. [22]
Al principio era resistente al criptoanálisis , pero con el tiempo se desarrollaron métodos para descifrarlo. También se involucró en la interpretación de manuscritos cifrados del Museo Británico. Ideó un criptógrafo o máquina para convertir un mensaje en un código que solo podía interpretarse colocando el código en una máquina correspondiente ajustada para descifrarlo.
Como matemático aficionado , Wheatstone publicó una prueba matemática en 1854 (véase Cubo (álgebra) ).
En 1840, Wheatstone presentó su máquina magnetoeléctrica para generar corrientes continuas.
El 4 de febrero de 1867 publicó el principio de reacción en la máquina dinamoeléctrica en un artículo para la Royal Society; pero el Sr. CW Siemens había comunicado el mismo descubrimiento diez días antes y ambos artículos fueron leídos el mismo día.
Más tarde se supo que Werner von Siemens , Samuel Alfred Varley y Wheatstone habían llegado independientemente al principio con unos pocos meses de diferencia. Varley lo patentó el 24 de diciembre de 1866; Siemens lo mencionó el 17 de enero de 1867 y Wheatstone lo exhibió en acción en la Royal Society en la fecha antes mencionada.
Wheatstone estuvo involucrado en varias disputas con otros científicos a lo largo de su vida con respecto a su papel en diferentes tecnologías y, en ocasiones, pareció atribuirse más mérito del que le correspondía. Además de William Fothergill Cooke , Alexander Bain y David Brewster , mencionados anteriormente, entre ellos también se encontraba Francis Ronalds en el Observatorio Kew . Muchos creían erróneamente que Wheatstone había creado el aparato de observación de la electricidad atmosférica que Ronalds inventó y desarrolló en el observatorio en la década de 1840 y también que había instalado allí los primeros instrumentos meteorológicos de registro automático (véase, por ejemplo, Howarth, pág. 158). [23] [24]
Wheatstone se casó con Emma West, solterona, hija de John Hooke West, fallecido, en Christ Church, Marylebone , el 12 de febrero de 1847. El matrimonio se realizó mediante licencia. [25]
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