El escape de corona es el tipo de escape mecánico más antiguo conocido , el mecanismo de un reloj mecánico que controla su velocidad permitiendo que el tren de engranajes avance a intervalos regulares o "tictac". Los escapes de corona se utilizaron desde finales del siglo XIII hasta mediados del siglo XIX en relojes de bolsillo y de bolsillo . El nombre de corona proviene del latín virga , que significa palo o varilla. [1]
Su invención es importante en la historia de la tecnología , porque hizo posible el desarrollo de relojes totalmente mecánicos. Esto provocó un cambio de la medición del tiempo mediante procesos continuos , como el flujo de líquido en los relojes de agua , a procesos repetitivos y oscilatorios , como el balanceo de los péndulos , que tenían el potencial de ser más precisos. [2] [3] Los cronómetros oscilantes marcan el tiempo en todos los relojes modernos. [4] [2] [5] [6] [7]
El escape de verge data del siglo XIII en Europa, donde su invención condujo al desarrollo de los primeros relojes totalmente mecánicos. [3] [9] [10] A partir del siglo XIII, se construyeron grandes relojes de torre en plazas de ciudades europeas, catedrales y monasterios. Mantenían el tiempo usando el escape de verge para impulsar un foliot , un tipo primitivo de volante . [11] El foliot era una barra horizontal con pesas cerca de sus extremos fijadas a una barra vertical llamada verge que estaba suspendida libremente para girar. El escape de verge hacía que el foliot oscilara hacia adelante y hacia atrás sobre su eje vertical. [12] La velocidad del reloj podía ajustarse moviendo las pesas hacia adentro o hacia afuera en el foliot.
El mecanismo de escape de campana probablemente evolucionó a partir de un mecanismo de alarma para hacer sonar una campana que había aparecido siglos antes. [13] [14] Se ha especulado con que Villard de Honnecourt inventó el mecanismo de escape de campana en 1237 con una ilustración de un extraño mecanismo para hacer girar una estatua de ángel para que siguiera al sol con su dedo, [15] [16] pero el consenso es que no se trataba de un mecanismo de escape. [17] [18] [19] [20] [21] [22]
Se cree que en algún momento a finales del siglo XIII el mecanismo de escape de verge se aplicó a los relojes de torre , creando el primer reloj de escape mecánico. [11] A pesar del hecho de que estos relojes eran objetos celebrados de orgullo cívico sobre los que se escribió en ese momento, es posible que nunca se sepa cuándo se utilizó por primera vez el nuevo escape. [13] Esto se debe a que ha resultado difícil distinguir de la escasa documentación escrita cuáles de estos primeros relojes de torre eran mecánicos y cuáles eran relojes de agua ; la misma palabra latina, horologe , se utilizó para ambos. [23] [11] Ninguno de los mecanismos originales ha sobrevivido inalterado. Las fuentes difieren sobre cuál fue el primer reloj "conocido" como mecánico, dependiendo de qué evidencia manuscrita consideren concluyente. Un candidato es el reloj del Priorato de Dunstable en Bedfordshire , Inglaterra, construido en 1283, porque los relatos dicen que se instaló sobre la pantalla del coro , donde sería difícil reponer el agua necesaria para un reloj de agua. [24] [11] Otro es el reloj construido en el Palacio de los Visconti, Milán, Italia, en 1335. [25] El astrónomo Robertus Anglicus escribió en 1271 que los relojeros estaban tratando de inventar un escape, pero que aún no habían tenido éxito. [26] [11] Sin embargo, hay consenso en que los relojes mecánicos existían a finales del siglo XIII. [3] [23] [27]
La primera descripción de un escape, en el manuscrito Tractatus Horologii Astronomici de 1327 de Richard de Wallingford sobre el reloj que construyó en la Abadía de St. Albans , no era un verge, sino una variación llamada escape "strob". [28] [29] Consistía en un par de ruedas de escape en el mismo eje, con dientes radiales alternados. [11] La varilla del verge estaba suspendida entre ellas, con un travesaño corto que giraba primero en una dirección y luego en la otra a medida que los dientes escalonados pasaban. Aunque no se conoce ningún otro ejemplo, es posible que este diseño precediera al verge más habitual en los relojes. [28]
Durante los primeros doscientos años de existencia de los relojes mecánicos, el mecanismo de verge, con foliot o volante, era el único mecanismo de escape utilizado en los relojes mecánicos. En el siglo XVI empezaron a aparecer escapes alternativos, pero el mecanismo de verge siguió siendo el más utilizado durante 350 años, hasta que a mediados del siglo XVII los avances en mecánica dieron lugar a la adopción del péndulo y, más tarde, del escape de áncora. [30] Como los relojes eran valiosos, tras la invención del péndulo se reconstruyeron muchos relojes de verge para utilizar esta tecnología de cronometraje más precisa, por lo que muy pocos de los primeros relojes de verge y foliot han sobrevivido inalterados hasta nuestros días.
La precisión de los primeros relojes de péndulo y de foliot es discutible, y se mencionan estimaciones de un error de una a dos horas por día [31] [13] [2] , aunque los experimentos modernos con relojes de esta construcción muestran que se podían lograr precisiones de minutos por día con suficiente cuidado en el diseño y el mantenimiento. [32] [33] Los primeros relojes de péndulo probablemente no eran más precisos que los relojes de agua anteriores , [16] pero no requerían que se transportara agua manualmente para llenar el depósito, no se congelaban en invierno y eran una tecnología más prometedora para la innovación. A mediados del siglo XVII, cuando el péndulo reemplazó al foliot, los mejores relojes de péndulo y de foliot habían logrado una precisión de 15 minutos por día.
La mayor parte de la inexactitud de los primeros relojes de verge y foliot no se debía al escape en sí, sino al oscilador de foliot . El primer uso de péndulos en los relojes alrededor de 1656 aumentó repentinamente la precisión del reloj de verge de horas al día a minutos al día. La mayoría de los relojes fueron reconstruidos con sus foliots reemplazados por péndulos, [34] [35] hasta el punto de que es difícil encontrar relojes de verge y foliot originales intactos en la actualidad. Un aumento similar en la precisión de los relojes de verge siguió a la introducción del resorte de volante en 1658.
El escape de verge consiste en una rueda con forma de corona, llamada rueda de escape, con dientes en forma de dientes de sierra que sobresalen axialmente hacia el frente, y con su eje orientado horizontalmente. [13] [36] Delante de ella hay una varilla vertical, el verge, con dos placas de metal, las paletas, que engranan los dientes de la rueda de escape en lados opuestos. Las paletas no son paralelas, sino que están orientadas con un ángulo entre ellas de modo que solo una atrapa los dientes a la vez. Unido al verge en su parte superior hay un oscilador inercial, un volante o en los primeros relojes un foliot , una viga horizontal con pesas en cada extremo. Este es el cronometrador del reloj.
A medida que los engranajes del reloj hacen girar la rueda de la corona (ver animación) , uno de sus dientes se engancha en una paleta, empujándola. [13] Esto hace girar la verge y el foliot en una dirección, y hace girar la segunda paleta en la trayectoria de los dientes del lado opuesto de la rueda, hasta que el diente se desliza fuera del extremo de la paleta, liberándola. Luego, la rueda de la corona gira libremente una corta distancia hasta que un diente del lado opuesto de la rueda entra en contacto con la segunda paleta, empujándola. Esto invierte la dirección de la varilla de verge y el foliot, haciendo girar la verge en la otra dirección, hasta que este diente empuja más allá de la segunda paleta. Luego, el ciclo se repite. El resultado es cambiar el movimiento giratorio de la rueda a un movimiento oscilante de verge y foliot. Cada oscilación del volante permite que pase un diente de la rueda de escape, avanzando el tren de ruedas del reloj en una cantidad fija, moviendo las manecillas hacia adelante a una velocidad constante. El momento de inercia del foliot o volante controla la velocidad de oscilación, determinando la velocidad del reloj. El diente de la rueda de escape, al empujar contra la paleta en cada oscilación, proporciona un impulso que reemplaza la energía perdida por el foliot por fricción, manteniéndolo oscilando hacia adelante y hacia atrás.
En un reloj de péndulo de vértice (ver imagen) que apareció después de que se inventara el péndulo en 1656, el escape estaba girado 90° de modo que la varilla de vértice estaba horizontal, mientras que el eje de la rueda de escape estaba vertical, ubicado debajo de la varilla de vértice. En los primeros relojes de péndulo, el péndulo estaba unido al extremo de la varilla de vértice en lugar de al volante o foliot. En los relojes de péndulo posteriores, el péndulo estaba suspendido por un resorte corto y recto de cinta metálica desde el marco del reloj, y un brazo vertical unido al extremo de la varilla de vértice terminaba en una horquilla que abrazaba la varilla del péndulo; esto evitaba la fricción de suspender el péndulo directamente de la varilla de vértice pivotada. Cada oscilación del péndulo liberaba un diente de la rueda de escape.
La rueda de escape debe tener un número impar de dientes para que el escape funcione. [36] Con un número par, dos dientes opuestos entrarán en contacto con las paletas al mismo tiempo, atascando el escape. El ángulo habitual entre las paletas era de 90° a 105°, [13] [36] lo que resultaba en un foliot o oscilación del péndulo de alrededor de 80° a 100°. Para reducir la oscilación del péndulo para hacerlo más isócrono , los franceses utilizaron ángulos de paleta más grandes, por encima de 115°. [36] Esto redujo la oscilación del péndulo a alrededor de 50° y redujo el retroceso (abajo), pero requirió que el borde se ubicara tan cerca de la rueda de corona que los dientes cayeran sobre las paletas muy cerca del eje, reduciendo el apalancamiento inicial y aumentando la fricción, requiriendo así péndulos más ligeros. [36] [37]
Como era de esperar a partir de su temprana invención, el mecanismo de escape de verge es el más impreciso de los utilizados. Presenta los siguientes problemas:
Durante 400 años, prácticamente todos los relojes y relojes utilizaron escapes de verge . Luego, el aumento de la precisión debido a la introducción del péndulo y el espiral a mediados del siglo XVII centró la atención en el error causado por el escape. En la década de 1820, el verge fue reemplazado por mejores escapes, aunque se siguieron fabricando relojes de verge económicos durante el siglo XIX.
En los relojes de bolsillo , además de su inexactitud, la orientación vertical de la rueda de la corona y la necesidad de un caracol voluminoso hicieron que el movimiento de verge fuera anticuado y grueso. Los relojeros franceses adoptaron el escape de cilindro más delgado , inventado en 1695. En Inglaterra, los relojes de gama alta pasaron al escape dúplex , desarrollado en 1782, pero los relojes de verge relativamente económicos siguieron produciéndose hasta mediados del siglo XIX, cuando el escape de áncora tomó el relevo. [38] [39] Estos últimos relojes de verge fueron llamados coloquialmente "nabos" debido a su construcción voluminosa.
El péndulo se utilizó brevemente en los relojes de péndulo antes de ser reemplazado por el escape de áncora , inventado alrededor de 1660 probablemente por Robert Hooke , y ampliamente utilizado a partir de 1680. [40] El problema con el péndulo era que requería que el péndulo oscilara en un amplio arco de 80° a 100°. Christiaan Huygens demostró en 1674 que un péndulo que oscila en un amplio arco es un cronometrador inexacto, porque su período de oscilación es sensible a pequeños cambios en la fuerza de accionamiento proporcionada por el mecanismo del reloj. [40]
Aunque el verge no es conocido por su precisión, es capaz de hacerlo. Los primeros cronómetros marinos exitosos , H4 y H5 , fabricados por John Harrison en 1759 y 1770, usaban escapes de verge con paletas de diamante., [13] [38] [41] En las pruebas, tenían una precisión de una quinta parte de segundo por día. [42]
En la actualidad, el mecanismo de verge solo se ve en relojes antiguos o réplicas antiguas. Muchos relojes de ménsula originales tienen sus conversiones de escape de áncora de la era victoriana deshechas y el estilo original de escape de verge restaurado. Los relojeros lo llaman reconversión de verge .
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