Segundo período: Experimentos no vácuo (1660 a 1850)

O trabalho de Guericke iniciou uma fase de pesquisas quantitativas e de experimentos em ambiente com vácuo. Sua bomba de ar foi descrita por Gaspar Schott (1657) no livro Mechanica hydraulica-pneumatica, influenciando Robert Boyle e seu assistente Robert Hooke, que criaram dispositivos semelhantes. O curto período passado entre a divulgação dos experimentos de Guericke, na Alemanha, e sua adaptação por Boyle, na Inglaterra, provavelmente se deve à estreita ligação deste com algumas das sociedades filosóficas inglesas criadas desde o início do século XVII, como o Círculo de Hartlib (criado pelo intelligencer Samuel Hartlib em Londres), que mantinha uma rede de troca de informações entre pensadores de toda a Europa, e o Experimental Philosophy Club de Oxford, que explorava os mais recentes avanços científicos.

A partir de 1656, trabalhando em Oxford, Boyle intensificou suas pesquisas em Física e mecânica, e, juntamente com Hooke, decidiu reproduzir o experimento de Viviani e Torricelli, cuja explicação era objeto de disputas entre vacuístas e plenistas. Hooke projetou uma bomba de ar baseada na de Guericke, que baixava a pressão a 6 mmHg. Os dois criaram também o primeiro medidor de pressão sub-atmosférica: um manômetro de mercúrio baseado no de Torricelli, posto dentro de uma campânula selada, com uma escala para identificar o nível da coluna de mercúrio, e acoplado à bomba de vácuo. Em 1659, a bomba estava pronta e Boyle começou a usá-la em estudos de pneumática. Suas primeiras descobertas sobre a pressão do ar e o vácuo foram publicadas em 1660 em New experiments physico-mechanical, que na segunda edição, de 1662, incluiu novos experimentos e a lei de Boyle, que descreve a relação entre a pressão e o volume de um gás. Após 1675, com a assistência do francês Denis Papin, Boyle construiu uma bomba de ar com dois cilindros, que produzia pressões abaixo de 1,6 mmHg. O aparelho de Boyle recebeu outros aperfeiçoamentos ao longo do tempo, mas, nos dois séculos seguintes, o projeto básico permaneceu o mesmo, pois era fácil de usar e os experimentos com vácuo ainda não exigiam pressões muito baixas (BOYLE, 1725, 1738a,b; PRINCIPE, 2019; REDHEAD, 1999a; SHAPIN; SCHAFER, 1985; TYNE, 1994).

Huygens, embora a principal área de pesquisa deste fosse a astronomia. Em 1661, numa viagem a Londres, Huygens viu a bomba de vácuo de Boyle e, ao voltar para Haia, reproduziu o experimento com um manômetro de água e uma bomba de sua autoria. Entretanto, ao contrário de Boyle e Hooke, observou uma “suspensão anômala” da água no tubo. A divulgação em 1662 desse resultado, que ninguém conseguiu explicar satisfatoriamente na época, reforçou a posição dos plenistas (MATTOX, 2017; NAUENBERG, 2015; O'CONNOR; ROBERTSON, 1997). Em Leviathan and the air-pump, Shapin e Schaffer (1985) analisam a disputa entre vacuístas e plenistas focalizando os ataques do plenista Thomas Hobbes a Boyle e seu programa experimental, que Hobbes considerava inferior à filosofia na elaboração de teorias explicativas. Hobbes alimentou essa disputa, atacando vários cientistas, até o inicio da década de 1670, quando a Royal Society condenou seu dogmatismo.

Um nome importante para a tecnologia do vácuo é o de Francis Hauksbee, que fabricava e vendia utensílios médicos e laboratoriais em Londres. No início de 1699, Hauksbee lançou um modelo novo de ventosa, com uma seringa para extrair o ar do bulbo de vidro, e, em 1701, lançou uma seringa grande que denominou “aparelho combinado”, pois servia como bomba de ar, dispositivo condensador e seringa para injetar ar ou líquidos (MEYER, 1972).

Em 1702, Hauksbee lançou sua primeira bomba de ar, com um único cilindro, baseada no aparelho combinado, caracterizada pela facilidade de uso e com várias inovações em relação às bombas então usadas: além da bomba em si, incluía um recipiente para o experimento, um barômetro embutido, válvulas mecânicas para impedir a entrada de ar no pistão, e uma entrada de ar no recipiente para o fim do experimento; tanto o recipiente como os cilindros da bomba assentavam numa base com água, para impedir a passagem de ar. Na verdade, não era só uma bomba, mas um sistema de vácuo completo. O sistema era acompanhado por um conjunto de acessórios e instruções para a realização de uma série de experimentos. Esse sistema, simples e barato, esteve disponivel na loja de Hauksbee durante toda a sua carreira, e depois foi vendido por outros comerciantes ao longo do século XVIII. Entretanto, tinha uma limitação: conforme a pressão diminuía dentro do recipiente, ficava cada vez mais difícil puxar o êmbolo da bomba. Para resolver isso, Hauksbee lançou em 1705 um novo sistema em que a bomba tinha dois cilindros cujos êmbolos eram acionados por cremalheiras movidas por uma engrenagem, subindo e descendo alternadamente. Com isso, o esforço de fazer o vácuo era bem menor, e era possível atingir uma pressão de 6,35 mmHg, ou 846,59 Pa (HAUKSBEE, 1709; MEYER, 1972).

Além de criar o projeto inovador do sistema de vácuo, Hauksbee também foi pioneiro no fato de estabelecer um comércio estável de bombas de ar, que não eram mais projetos individuais de pesquisadores, mas “caixas pretas” que só exigiam que o usuário seguisse as instruções do fabricante. Além de expandir o acesso aos sistemas de vácuo, essa característica permitiu que experimentos fossem reproduzidos por diferentes pesquisadores usando equipamentos com comportamento previsível e padronizado. Mais tarde, foram construídas bombas ainda mais eficientes, com princípios de funcionamento diversos, como a bomba em que o espaço abaixo do pistão era preenchido com óleo em vez da água, utilizada como isolante nos primeiros modelos. Além disso, para serem mais robustas, foram posteriormente construídas bombas de metal (MEYER, 1972).

Figura 1.2: O sistema de vácuo de dois cilindros de Hauksbee

Fontes: Imagens adaptadas de Hauksbee (1709, Pl. I, pre p.1) e Brundtland (2012, Fig. 2, p. 257). Boa parte da atenção de Hauksbee foi dada aos experimentos, tanto em seu trabalho como assistente de laboratório na Royal Society, como em conferências, cursos e

demonstrações particulares. No livro Physico Mechanical Experiments, de 1709, Hauksbee descreveu mais de 50 experimentos; até 1713, esse total chegou a 120, abordando eletricidade, luz, capilaridade, som, vida, ar, fluidos, magnetismo, ótica e peso específico. Nos experimentos de luz e eletricidade, Hauksbee usou a bomba para fazer vácuo em globos e cilindros de vidro rotativos, criando dentro deles, pelo atrito na superficie externa, uma luz azulada tremulante que desaparecia quando o ar era injetado no recipiente (BRUNDTLAND, 2008, 2012; HAUKSBEE, 1709).