Nació en Donostia el 11 de junio de 1898. Vivió en el barrio de Amara junto a sus padres Enrique y Rosalía y su hermana pequeña Rosalía. Realizó sus estudios secundarios en el Instituto General y Técnico de Gipuzkoa. En 1918 se trasladó a Madrid para continuar con sus estudios e ingresó en la universidad para estudiar Ciencias Físicas.
Mientras cursaba sus estudios, como tantas otras estudiantes, trabajó dando clases en el Departamento de Ciencias del Instituto Escuela perteneciente a la Junta de Ampliación de Estudios (JAE), con la intención de conseguir el título de profesora de instituto. En 1922, con 24 años, se licenció en Física y posteriormente se adentró en el mundo de la investigación de la mano de su tutor Blas Cabrera. Comenzó a trabajar en el Laboratorio de Investigaciones Físicas, LIF, que dirigía Julio Palacios. En aquella época no era frecuente la presencia de mujeres en los laboratorios, de hecho, Felisa fue la primera mujer del LIF y del grupo de investigación de Julio Palacios.
Felisa estableció la estructura cristalina de los óxidos de níquel y de cobalto y del sulfuro de plomo, aplicando los métodos de Bragg y de Debye-Scherrer, mediante rayos X. Ese conjunto de investigaciones se recogieron en 1926 en su tesis doctoral , titulada “Determinación de la estructura cristalina del óxido de níquel, del de cobalto y del sulfuro de plomo”. Pero a pesar de ser consciente de la importancia de profundizar en la materia, Felisa vio desplazado el momento de hacerlo por tener que dedicar su tiempo y energía a dar clases en el Instituto-Escuela. Ese sentido de lo práctico inmediato la llevaría también a opositar a una cátedra de Instituto en 1925.
En 1926, viajó a Estados Unidos con una beca para formación pedagógica de la JAE, para impartir un curso de Lengua Castellana y lecciones de Física en el Conneticut College (New London). Tanto esta actividad como su decisión de trabajar como auxiliar en el Servicio Meteorológico (ya en 1931) la alejaban de su supuesto porvenir con investigadora. Sin embargo, la creación en aquellas fechas del Instituto Nacional de Física y Química (INFQ) y su amistad con Julio Palacios, le dieron oportunidad de trabajar en investigaciones de rayos X "para la determinación de estructuras cristalinas". Continuando en la órbita de la Institución Libre de Enseñanza, en 1932 viajó a Cambridge (Inglaterra) gracias a una nueva beca de la Junta para la Ampliación de Estudios (JAE). Allí asistió a las clases de Ernest Rutherford y amplió sus conocimientos en el ciencias atmosféricas con el profesor C. T. R. Wilson (1869-1959), especialista en electricidad atmosférica, y su aplicación en el campo de la protección aeronáutica.
A partir de 1933 el posible brillante futuro científico de Felisa Martín Bravo entró de manera lenta y progresiva en la zona oscura de su destino. A su regreso de Cambridge, en 1933, quedó integrada en el cuadro del Servicio Meteorológico Nacional en Madrid, donde también sería la primera mujer admitida. Tras el estallido de la guerra civil española, y ante el traslado de la oficina central a Valencia siguiendo al Gobierno de la República en 1936, su negativa a abandonar Madrid le supuso su cese en el puesto que ocupaba. Esa circunstancia pudo ser determinante en 1939, cuando finalizada la contienda, la necesidad de cuadros científicos en el bando vencedor hizo que, tras ser 'depurada' y sometida a un 'expediente de responsabilidades', Felisa Martín fuese incluida en el cuerpo de meteorólogos. Curiosamente, dicho departamento científico no volvería a admitir a una mujer en su nómina hasta el final de la década de 1960.
La biografía de Felisa, brillante en sus primeras páginas y progresivamente oscurecida por el destino, apenas arroja luz sobre los últimos años de su vida. Se supone que, tras su jubilación, viajó a México. Durante 1973 - 74 fue presidenta de la Asociación Meteorológica Española, la primera y la única mujer hasta ahora que ha ocupado el cargo. Murió en Madrid el 29 de octubre de 1979.
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