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          Las balanzas son instrumentos destinados a equilibrar la fuerza de gravedad que actúa sobre la masa de un cuerpo con la que obra sobre otro que se toma como referencia. Equilibrar significa establecer la misma posición de un indicador, o fiel, antes y después de colocar, en sus respectivos sitios, el cuerpo y la masa de referencia o pesa que se emplea.

          En el Departamento de Química Física, antigua sede del laboratorio de Técnica Física o Técnicas Instrumentales, existen diversos modelos de balanzas que se encuadran en los grupos denominados granatarios, balanzas técnicas, hidrostáticas, de torsión, monoplatos y de precisión o analíticas. A los diferentes modelos acompañan sus correspondientes colecciones de masas de referencia constituyendo las denominadas cajas de pesas.

          El clásico modelo de balanza consta de una columna vertical sobre la que descansa horizontalmente la denominada cruz o soporte de brazos iguales. Esta se apoya mediante una cuchilla en una superficie plana situada en la parte superior de la columna y posee a su vez sendas cuchillas o prismas triangulares sobre los que descansan los platillos, destinados a contener, respectivamente, la masa que se observa y las pesas con que se equilibra. Solidariamente unido a la cruz en su punto medio existe el denominado fiel, o resorte vertical cuyo extremo se desplaza frente a una pieza en forma de acero con divisiones, que se conoce como línea de fe.

          Las balanzas se caracterizan por su exactitud y por su sensibilidad. La primera cualidad se refiere a la propiedad que posee cualquier instrumento físico para suministrar el resultado de una medida con un valor coincidente con el verdadero; ello implica que el error sea lo más reducido posible. El término exactitud se toma con frecuencia como equivalente al de precisión. Las condiciones que se requieren son a) que los brazos sean iguales en longitud y peso, b) que el centro de gravedad de la cruz (sistema constituido por los brazos y el fiel) se halle en la vertical que pasa por el punto de apoyo o fulcro y c) que el centro de gravedad esté situado por debajo del punto de apoyo.

          La sensibilidad está determinada por la aptitud de determinar con exactitud resultados de valores muy reducidos, y puede expresarse como la diferencia entre valores extremos de varias medidas de la misma magnitud. En el caso concreto de la balanza, se acostumbra a indicarla como la variación que experimenta la posición de equilibrio cuando se coloca una sobrecarga de 1 mg en uno de sus platillos, es decir “divisiones/miligramo”. Las divisiones se leen sobre el fiel, a un lado y otro de la indicación de equilibrio o “cero de la balanza”.

          Las condiciones indispensables para que la sensibilidad sea la adecuada en una balanza de “precisión” o “analítica”, son: a) que los rozamientos en el punto de apoyo y en los de suspensión de los platillos sean los mínimos, b) que los puntos de suspensión de los platillos y de la cruz estén en línea recta y c) que para la máxima carga que la balanza admita, sea inflexible la cruz. Para que estas condiciones se cumplan, en todas las balanzas de precisión las suspensiones de la cruz y de los platillos se establecen por las aristas de tres prismas triangulares que se apoyan en sus correspondientes planos de ágata, estando siempre estas aristas en el mismo plano y conservándolas paralelas entre sí.

          Las pesas o patrones de comparación son colecciones diversas en valor, forma y tamaño, conforme a la clase de la balanza. En las llamadas técnicas, el conjunto de pesas están comprendidas generalmente entre 1 kg y 1 g. En las de precisión, la pesa mayor es de 100 o 200 g y la inferior de 1 cg. Los valores van combinados de manera que con el menor número posible de ellas puedan formarse todos los pesos comprendidos entre la menor y el duplo de la mayor. Las colecciones disponibles con valores superiores a 1 g son de latón, generalmente, y de forma cilíndrica. Sin embargo las hay excepcionalmente de platino, contrastadas y pesadas en vacío. Las inferiores al valor de 1g son láminas de aluminio recortadas en forma de hexágono, cuadrado y rectángulo (5, 2 y 1 dc o cg) o hilos metálicos arrollados en espiral y con los mismos valores señalados precedentemente.

          Una pieza que completa a estas colecciones de pesas es el denominado jinetillo o reiter construido con un hilo metálico en forma de herradura, cuyo peso es de 1 cg y que cabalga a lo largo de uno de los brazos de la cruz. Estos están divididos, tanto el de la derecha como el de la izquierda, en diez partes iguales, existiendo a la vez cinco o diez divisiones dentro de cada una de éstas, de manera que se posibilita la adición de pesos con valores de miligramos o décimas de miligramos conforme a la situación del reiter. Este se maneja desde el exterior mediante un resorte que permite su desplazamiento manual a lo largo de la escala grabada en el brazo de la cruz que sustenta el platillo que contiene la masa investigada.

          El conjunto de pesas que constituye cada colección se suele contrastar con el auxilio de una de referencia y, con arreglo a ella se establecen unos valores de corrección para cada pesa empleando métodos diversos de pesada, especialmente el denominado de las oscilaciones.

          Con el modelo de balanza de precisión o analítica Sartorius que aquí se muestra, y que representa el prototipo de balanza que durante muchas décadas ha sido el emblemático en todos los laboratorios del mundo, es factible determinar la masa de un cuerpo con la precisión de una décima de miligramo, una parte o décima de miligramo, en un total de diez millones de partes o décimas de miligramo contenidos en los 100 g de masa a determinar. Si además se sigue el método de pesada conocido como de las oscilaciones, se aumenta diez veces la precisión, hasta un valor de 1.10^-7.

          La sensibilidad de la balanza, deducida a expensas de sencillas relaciones algebraicas, viene expresada por tg q = p.l / p.d, en donde q  representa el ángulo de giro del fiel sobre la vertical para la sobrecarga de p gramos en una balanza de longitud de brazo l, masa total del sistema móvil p, y distancia d entre el punto de apoyo y el centro de gravedad. Resulta así que la sensibilidad expresada como el valor de tg q  es tanto mayor cuanto más reducido es el correspondiente a d. Al tratar de aumentar la sensibilidad a expensas de esta consideración, se tiene la contrapartida de que las oscilaciones son muy lentas y por ello se han empleado otras balanzas con sistemas de amortiguación muy diversos que constituyen el grupo de las denominadas balanzas aperiódicas, de las cuales uno de los modelos es el de Longue-Coulot aquí representado.

          Los diversos métodos de pesada empleados con estas balanzas en todos los laboratorios de la época han sido: método directo, empleo de una tara (procedimientos de Borda y de Mendelejeff), doble pesada y de las oscilaciones. Este último permite aumentar la precisión hasta un valor de 0’01 mg.

          Puesto que las pesadas se realizan en el propio ambiente del laboratorio, los valores que se obtienen son pesos relativos aparentes, p_a. Los pesos verdaderos son los que se obtendrían en el vacío, p_v. La obtención de estos últimos se logra con el empleo de la expresión:

p_v  = p_a + p_a.c (1/D – 1/d)

deducida mediante consideraciones simples al evaluar el empuje de Arquímedes, tanto para el cuerpo como para las pesas y al tener en cuenta las densidades del aire, pesas y cuerpo, c, D y d, respectivamente. El método de aplicación de estos criterios se conoce como corrección de pesadas al vacío, que puede resultar simplificado, mediante el empleo de ábacos, tales como el del Prof. Saldaña dado a conocer en el Boletín de la Universidad de Granada en el año 1933.