Un reloj o cronómetro es un dispositivo que mide y muestra el tiempo . El reloj es uno de los inventos humanos más antiguos y satisface la necesidad de medir intervalos de tiempo más cortos que las unidades naturales como el día , el mes lunar y el año . Durante milenios se han utilizado dispositivos que operan en varios procesos físicos .
Algunos predecesores del reloj moderno pueden considerarse "relojes" que se basan en el movimiento de la naturaleza: un reloj de sol muestra la hora mostrando la posición de una sombra sobre una superficie plana. Existe una variedad de temporizadores de duración, siendo un ejemplo muy conocido el reloj de arena . Los relojes de agua , junto con los relojes de sol, son posiblemente los instrumentos más antiguos para medir el tiempo. Un avance importante se produjo con la invención del escape de borde , que hizo posible los primeros relojes mecánicos alrededor de 1300 en Europa, que marcaban el tiempo con cronometradores oscilantes como volantes . [1] [2] [3] [4]
Tradicionalmente, en relojería (el estudio del cronometraje), el término reloj se utilizaba para referirse a un reloj que sonaba , mientras que un reloj que no daba las horas de forma audible se llamaba reloj . Generalmente ya no se hace esta distinción. Los relojes y otros objetos que se pueden llevar consigo no suelen denominarse relojes. [5] Los relojes de resorte aparecieron durante el siglo XV. Durante los siglos XV y XVI floreció la relojería . El siguiente avance en precisión se produjo después de 1656 con la invención del reloj de péndulo por Christiaan Huygens . Un estímulo importante para mejorar la precisión y confiabilidad de los relojes fue la importancia de una medición precisa del tiempo para la navegación. El mecanismo de un reloj con una serie de engranajes impulsados por un resorte o pesas se denomina mecanismo de relojería ; el término se utiliza por extensión para un mecanismo similar que no se utiliza en un reloj. El reloj eléctrico se patentó en 1840 y los relojes electrónicos se introdujeron en el siglo XX, generalizándose con el desarrollo de pequeños dispositivos semiconductores alimentados por baterías .
El elemento de cronometraje en cada reloj moderno es un oscilador armónico , un objeto físico ( resonador ) que vibra u oscila a una frecuencia particular. [2] Este objeto puede ser un péndulo , un volante , un diapasón , un cristal de cuarzo , o la vibración de los electrones en los átomos al emitir microondas , este último de los cuales es tan preciso que sirve como definición del segundo. .
Los relojes tienen diferentes formas de mostrar la hora. Los relojes analógicos indican la hora con una esfera de reloj tradicional y manecillas móviles. Los relojes digitales muestran una representación numérica del tiempo. Se utilizan dos sistemas de numeración: notación horaria de 12 horas y notación horaria de 24 horas . La mayoría de los relojes digitales utilizan mecanismos electrónicos y pantallas LCD , LED o VFD . Para los ciegos y para su uso por teléfono, los relojes parlantes indican la hora de forma audible con palabras. También hay relojes para invidentes que tienen pantallas que se pueden leer al tacto.
La palabra reloj deriva de la palabra latina medieval que significa "campana", clocca , y tiene cognados en muchos idiomas europeos. Los relojes se extendieron a Inglaterra desde los Países Bajos , [6] por lo que la palabra inglesa vino del bajo alemán medio y del holandés medio Klocke . [7] La palabra deriva del inglés medio clokke , del antiguo cloque del norte del francés o del holandés medio clocke , todos los cuales significan "campana".
La posición aparente del Sol en el cielo cambia a lo largo de cada día, reflejando la rotación de la Tierra. Las sombras proyectadas por objetos estacionarios se mueven en consecuencia, por lo que sus posiciones pueden usarse para indicar la hora del día. Un reloj de sol muestra la hora mostrando la posición de una sombra sobre una superficie (generalmente) plana que tiene marcas que corresponden a las horas. [8] Los relojes de sol pueden ser horizontales, verticales o en otras orientaciones. Los relojes de sol eran muy utilizados en la antigüedad . [9] Con conocimiento de la latitud, un reloj de sol bien construido puede medir la hora solar local con una precisión razonable, en uno o dos minutos. Los relojes de sol continuaron utilizándose para controlar el funcionamiento de los relojes hasta la década de 1830, cuando el uso del telégrafo y los trenes estandarizaron la hora y las zonas horarias entre las ciudades. [10]
Se pueden utilizar muchos dispositivos para marcar el paso del tiempo sin respetar el tiempo de referencia (hora del día, horas, minutos, etc.) y pueden resultar útiles para medir duraciones o intervalos. Ejemplos de estos cronómetros de duración son los relojes de velas , los relojes de incienso y el reloj de arena . Tanto el reloj de velas como el reloj de incienso funcionan según el mismo principio, en el que el consumo de recursos es más o menos constante, lo que permite estimaciones razonablemente precisas y repetibles del paso del tiempo. En el reloj de arena, la arena fina que se vierte a través de un pequeño agujero a un ritmo constante indica un paso del tiempo arbitrario y predeterminado. El recurso no se consume, sino que se reutiliza.
Los relojes de agua, junto con los relojes de sol, son posiblemente los instrumentos más antiguos para medir el tiempo, con la única excepción de la barra contadora de días . [11] Dada su gran antigüedad, no se sabe dónde y cuándo existieron por primera vez y quizás sea incognoscible. El desagüe en forma de cuenco es la forma más simple de reloj de agua y se sabe que existió en Babilonia y Egipto alrededor del siglo XVI a.C. Otras regiones del mundo, incluidas India y China, también tienen evidencia temprana de relojes de agua, pero las fechas más tempranas son menos seguras. Algunos autores, sin embargo, escriben sobre relojes de agua que aparecieron ya en el año 4000 a. C. en estas regiones del mundo. [12]
El astrónomo macedonio Andrónico de Ciro supervisó la construcción de la Torre de los Vientos en Atenas en el siglo I a.C., que albergaba una gran clepsidra en su interior así como múltiples relojes de sol prominentes en su exterior, lo que le permitía funcionar como una especie de torre de reloj primitiva . [13] Las civilizaciones griega y romana avanzaron en el diseño de relojes de agua con mayor precisión. Estos avances se transmitieron a lo largo de la época bizantina e islámica y finalmente regresaron a Europa. De forma independiente, los chinos desarrollaron sus propios relojes de agua avanzados (水鐘) hacia el año 725 d.C., y transmitieron sus ideas a Corea y Japón. [14]
Algunos diseños de relojes de agua se desarrollaron de forma independiente y parte del conocimiento se transfirió mediante la expansión del comercio. Las sociedades premodernas no tienen los mismos requisitos precisos de cronometraje que existen en las sociedades industriales modernas, donde se controla cada hora de trabajo o descanso y el trabajo puede comenzar o terminar en cualquier momento, independientemente de las condiciones externas. En cambio, los relojes de agua en las sociedades antiguas se utilizaban principalmente por razones astrológicas . Estos primeros relojes de agua estaban calibrados con un reloj de sol. Si bien nunca alcanzó el nivel de precisión de un reloj moderno, el reloj de agua fue el dispositivo de cronometraje más preciso y comúnmente utilizado durante milenios hasta que fue reemplazado por el reloj de péndulo más preciso en la Europa del siglo XVII.
A la civilización islámica se le atribuye el mérito de seguir avanzando en la precisión de los relojes mediante una ingeniería elaborada. En 797 (o posiblemente 801), el califa abasí de Bagdad , Harun al-Rashid , regaló a Carlomagno un elefante asiático llamado Abul-Abbas junto con un "ejemplo particularmente elaborado" de un reloj de agua [15] . El Papa Silvestre II introdujo los relojes en el norte y el oeste de Europa alrededor del año 1000 d.C. [dieciséis]
El primer reloj de engranajes conocido fue inventado por el gran matemático, físico e ingeniero Arquímedes durante el siglo III a.C. Arquímedes creó su reloj astronómico, [17] [ cita necesaria ] que también era un reloj de cuco con pájaros cantando y moviéndose cada hora. Es el primer reloj de carillón, ya que reproduce música simultáneamente y una persona parpadea, sorprendida por el canto de los pájaros. El reloj de Arquímedes funciona con un sistema de cuatro pesas, contrapesos y cuerdas reguladas por un sistema de flotadores en un recipiente de agua con sifones que regulan la continuación automática del reloj. Los principios de este tipo de relojes son descritos por el matemático y físico Hero, [18] quien dice que algunos de ellos funcionan con una cadena que hace girar un engranaje del mecanismo. [19] Otro reloj griego probablemente construido en la época de Alejandro estaba en Gaza, como lo describe Procopio. [20] El reloj de Gaza era probablemente un Meteoroskopeion, es decir, un edificio que mostraba los fenómenos celestes y la hora. Tenía un puntero para la hora y unos automatismos similares al reloj de Arquímedes. Había 12 puertas que se abrían una cada hora, con Hércules realizando sus labores, el León a la una, etc., y por la noche se hace visible una lámpara cada hora, con 12 ventanas que se abren para mostrar la hora.
El monje budista de la dinastía Tang, Yi Xing, junto con el funcionario del gobierno Liang Lingzan, escaparon en 723 (o 725) gracias al funcionamiento de una esfera armilar impulsada por agua y un mecanismo de reloj , que fue el primer escape mecánico del mundo. [21] [22] El erudito y genio de la dinastía Song Su Song (1020-1101) lo incorporó a su monumental innovación de la torre del reloj astronómico de Kaifeng en 1088. [23] [24] [ página necesaria ] Su reloj astronómico y su rotación La esfera armilar todavía dependía del uso de agua corriente durante las estaciones de primavera, verano y otoño o de mercurio líquido durante las gélidas temperaturas del invierno (es decir, hidráulica ). En el dispositivo de enlace de rueda hidráulica de Su Song, la acción de detención y liberación del escape se lograba mediante la gravedad ejercida periódicamente como el flujo continuo de contenedores llenos de líquido de un tamaño limitado. Por lo tanto, en una sola línea de evolución, el reloj de Su Song unió los conceptos de clepsidra y reloj mecánico en un solo dispositivo accionado por mecánica e hidráulica. En su memorial, Su Song escribió sobre este concepto:
Según la opinión de su servidor, durante las dinastías pasadas ha habido muchos sistemas y diseños de instrumentos astronómicos, todos ellos diferentes entre sí en aspectos menores. Pero el principio del uso de la fuerza hidráulica para el mecanismo de accionamiento siempre ha sido el mismo. Los cielos se mueven sin cesar pero también el agua fluye (y cae). Así, si se hace que el agua fluya con perfecta uniformidad, entonces la comparación de los movimientos giratorios (de los cielos y de la máquina) no mostrará ninguna discrepancia o contradicción; porque lo inquieto sigue a lo incesante.
Song también estuvo fuertemente influenciado por la anterior esfera armilar creada por Zhang Sixun (976 d.C.), quien también empleó el mecanismo de escape y utilizó mercurio líquido en lugar de agua en la rueda hidráulica de su torre del reloj astronómico. El mecanismo de relojería de la torre astronómica de Su Song presentaba una gran rueda motriz de 11 pies de diámetro, que llevaba 36 palas, en cada una de las cuales se vertía agua a un ritmo uniforme desde el "tanque de nivel constante". El eje impulsor principal de hierro, con sus cuellos cilíndricos apoyados sobre cojinetes de hierro en forma de media luna, terminaba en un piñón, que engranaba una rueda dentada en el extremo inferior del eje de transmisión vertical principal. Esta gran torre de reloj hidromecánico astronómico tenía unos diez metros de altura (unos 30 pies), presentaba un escape de reloj y estaba impulsada indirectamente por una rueda giratoria, ya sea con agua que caía o con mercurio líquido . Existe una réplica funcional a tamaño real del reloj de Su Song en el Museo Nacional de Ciencias Naturales de la República de China (Taiwán) , en la ciudad de Taichung . Esta réplica a escala real y completamente funcional, de aproximadamente 12 metros (39 pies) de altura, fue construida a partir de las descripciones y dibujos mecánicos originales de Su Song. [25] El escape chino se extendió hacia el oeste y fue la fuente de la tecnología de escape occidental. [26]
En el siglo XII, Al-Jazari , un ingeniero de Mesopotamia (vivió entre 1136 y 1206) que trabajó para el rey artuqida de Diyar-Bakr, Nasir al-Din , fabricó numerosos relojes de todas las formas y tamaños. Los relojes más famosos incluyen los relojes de elefante , escriba y castillo , algunos de los cuales han sido reconstruidos con éxito. Además de indicar la hora, estos grandes relojes eran símbolos del estatus, la grandeza y la riqueza del estado de Urtuq. [28] El conocimiento de estos escapes de mercurio puede haberse extendido por Europa con traducciones de textos árabes y españoles. [29] [30]
La palabra horologia (del griego ὥρα —'hora' y λέγειν —'contar') se usó para describir los primeros relojes mecánicos, [31] pero el uso de esta palabra (aún utilizada en varias lenguas romances ) [32] para todos los cronometradores oculta la verdadera naturaleza de los mecanismos. Por ejemplo, hay registro de que en 1176, la catedral de Sens en Francia instaló un ' reloj ', [33] [34] pero se desconoce el mecanismo utilizado. Según Jocelyn de Brakelond , en 1198, durante un incendio en la abadía de St Edmundsbury (ahora Bury St Edmunds ), los monjes "corrieron hacia el reloj" para buscar agua, lo que indica que su reloj de agua tenía un depósito lo suficientemente grande como para ayudar a extinguir. algún que otro incendio. [35] La palabra reloj (a través del latín medieval clocca del antiguo irlandés clocc , ambos significan "campana"), que reemplaza gradualmente a "horologe", sugiere que fue el sonido de las campanas lo que también caracterizó los prototipos de relojes mecánicos que aparecieron durante el siglo XIII. siglo en Europa.
En Europa, entre 1280 y 1320, hubo un aumento en el número de referencias a relojes en los registros eclesiásticos, y esto probablemente indica que se había ideado un nuevo tipo de mecanismo de reloj. Los mecanismos de reloj existentes que utilizaban energía hidráulica se estaban adaptando para obtener su fuerza motriz de pesos que caían. Este poder estaba controlado por algún tipo de mecanismo oscilante, probablemente derivado de dispositivos de alarma o timbre existentes. Esta liberación controlada de energía (el escape) marca el comienzo del verdadero reloj mecánico, que se diferenciaba de los relojes de rueda dentada mencionados anteriormente. El mecanismo de escape de borde apareció durante el auge del desarrollo del verdadero reloj mecánico, que no necesitaba ningún tipo de energía fluida, como agua o mercurio, para funcionar.
Estos relojes mecánicos estaban destinados a dos propósitos principales: señalización y notificación (por ejemplo, el calendario de servicios y eventos públicos) y modelado del sistema solar. La primera finalidad es administrativa; esto último surge naturalmente dados los intereses académicos en astronomía, ciencia y astrología y cómo estos temas se integraron con la filosofía religiosa de la época. El astrolabio fue utilizado tanto por astrónomos como por astrólogos, y era natural aplicar un mecanismo de relojería a la placa giratoria para producir un modelo funcional del sistema solar.
En las torres se instalaban relojes sencillos destinados principalmente a la notificación y no siempre requerían esferas ni manecillas. Habrían anunciado las horas canónicas o los intervalos entre tiempos establecidos de oración. Las horas canónicas variaban en duración a medida que cambiaban las horas de salida y puesta del sol. Los relojes astronómicos más sofisticados habrían tenido diales o manecillas móviles y habrían mostrado la hora en varios sistemas de tiempo, incluidas las horas italianas , las horas canónicas y la hora medida por los astrónomos de la época. Ambos estilos de relojes comenzaron a adquirir características extravagantes, como autómatas .
En 1283, se instaló un gran reloj en Dunstable Priory en Bedfordshire , en el sur de Inglaterra; su ubicación encima de la mampara sugiere que no se trataba de un reloj de agua. [36] En 1292, la catedral de Canterbury instaló un "gran reloj". Durante los siguientes 30 años, hubo menciones de relojes en varias instituciones eclesiásticas de Inglaterra, Italia y Francia. En 1322, se instaló un nuevo reloj en Norwich , un costoso reemplazo de un reloj anterior instalado en 1273. Tenía una esfera astronómica grande (2 metros) con autómatas y campanas. Los costes de la instalación incluían el empleo a tiempo completo de dos cronometradores durante dos años. [36]
Un elaborado reloj de agua, el 'Motor Cósmico', fue inventado por Su Song , un erudito chino , diseñado y construido en China en 1092. Esta gran torre de reloj astronómico hidromecánico tenía unos diez metros de altura (unos 30 pies) y estaba impulsada indirectamente por una rueda giratoria con agua que caía y mercurio líquido , que hacía girar una esfera armilar capaz de calcular complejos problemas astronómicos.
En Europa, estaban los relojes construidos por Ricardo de Wallingford en Albans en 1336, y por Giovanni de Dondi en Padua de 1348 a 1364. Ya no existen, pero sobreviven descripciones detalladas de su diseño y construcción, [37] [38] y se han realizado reproducciones modernas. [38] Ilustran cuán rápidamente la teoría del reloj mecánico se había traducido en construcciones prácticas, y también que uno de los muchos impulsos para su desarrollo había sido el deseo de los astrónomos de investigar los fenómenos celestes.
El Astrario de Giovanni Dondi dell'Orologio fue un complejo reloj astronómico construido entre 1348 y 1364 en Padua , Italia, por el médico y relojero Giovanni Dondi dell'Orologio . El Astrario tenía siete caras y 107 engranajes móviles; mostraba las posiciones del sol, la luna y los cinco planetas entonces conocidos, así como las fiestas religiosas. El astrario tenía aproximadamente 1 metro de altura y consistía en una estructura de latón o hierro de siete lados que descansaba sobre siete pies decorativos en forma de garras. La sección inferior tenía un dial de 24 horas y un gran tambor de calendario, que mostraba las fiestas fijas de la iglesia, las fiestas móviles y la posición en el zodíaco del nodo ascendente de la luna. La sección superior contenía 7 esferas, cada una de unos 30 cm de diámetro, que mostraban los datos de posición del Primum Mobile , Venus, Mercurio, la Luna, Saturno, Júpiter y Marte. Directamente encima de la esfera de 24 horas se encuentra la esfera del Primum Mobile , llamado así porque reproduce el movimiento diurno de las estrellas y el movimiento anual del sol sobre el fondo de las estrellas. Cada uno de los diales "planetarios" utilizó un complejo mecanismo de relojería para producir modelos razonablemente precisos del movimiento de los planetas. Estos coincidían razonablemente bien tanto con la teoría ptolemaica como con las observaciones. [39] [40]
El reloj de Wallingford tenía una gran esfera tipo astrolabio que mostraba el sol, la edad, la fase y el nodo de la luna, un mapa estelar y posiblemente los planetas. Además, contaba con una rueda de la fortuna y un indicador del estado de la marea en el Puente de Londres . Las campanas sonaban cada hora y el número de campanadas indicaba la hora. [37] El reloj de Dondi era una construcción de siete lados, de 1 metro de alto, con esferas que mostraban la hora del día, incluidos los minutos, los movimientos de todos los planetas conocidos, un calendario automático de fiestas fijas y móviles , y una manecilla de predicción de eclipses giratoria. una vez cada 18 años. [38] No se sabe qué tan precisos o confiables habrían sido estos relojes. Probablemente se ajustaban manualmente todos los días para compensar los errores provocados por el desgaste y la fabricación imprecisa. A veces todavía se utilizan relojes de agua hoy en día y se pueden examinar en lugares como castillos y museos antiguos. El reloj de la catedral de Salisbury , construido en 1386, se considera el reloj mecánico que da las horas más antiguo del mundo. [41]
Los relojeros desarrollaron su arte de diversas formas. Construir relojes más pequeños fue un desafío técnico, al igual que mejorar la precisión y la confiabilidad. Los relojes podrían ser impresionantes piezas de exhibición para demostrar la habilidad artesanal, o artículos menos costosos producidos en masa para uso doméstico. El escape en particular fue un factor importante que afectó a la precisión del reloj, por lo que se probaron muchos mecanismos diferentes.
Los relojes de resorte aparecieron durante el siglo XV, [42] [43] [44] aunque a menudo se les atribuye erróneamente al relojero de Nuremberg Peter Henlein (o Henle, o Hele) alrededor de 1511. [45] [46] [ 47 ] El reloj de resorte más antiguo que existe es el reloj de cámara regalado a Felipe el Bueno, duque de Borgoña, alrededor de 1430, ahora en el Museo Nacional Alemán . [4] La energía del resorte presentó a los relojeros un nuevo problema: cómo mantener el movimiento del reloj funcionando a un ritmo constante mientras el resorte se agotaba. Esto resultó en la invención del apilador y el fusible en el siglo XV, y muchas otras innovaciones, hasta la invención del moderno barril en 1760.
Las primeras esferas de los relojes no indicaban minutos ni segundos. En un manuscrito de 1475 de Paulus Almanus, [48] se ilustró un reloj con una esfera que indicaba los minutos, y algunos relojes alemanes del siglo XV indicaban minutos y segundos. [49] Un registro temprano de un segundero en un reloj se remonta aproximadamente a 1560 en un reloj que ahora forma parte de la colección Fremersdorf. [50] : 417–418 [51]
Durante los siglos XV y XVI, la relojería floreció, particularmente en las ciudades metalúrgicas de Nuremberg y Augsburgo , y en Blois , Francia. Algunos de los relojes de mesa más básicos tienen solo una manecilla de cronometraje, y el dial entre los marcadores de hora está dividido en cuatro partes iguales, lo que hace que los relojes se puedan leer con una precisión de 15 minutos. Otros relojes eran exhibiciones de artesanía y habilidad, incorporando indicadores astronómicos y movimientos musicales. El escape en cruz fue inventado en 1584 por Jost Bürgi , quien también desarrolló el remontoire . Los relojes de Bürgi supusieron una gran mejora en cuanto a precisión, ya que funcionaban con una exactitud de un minuto por día. [52] [53] Estos relojes ayudaron al astrónomo del siglo XVI Tycho Brahe a observar eventos astronómicos con mucha mayor precisión que antes. [ cita necesaria ] [ ¿cómo? ]
El siguiente avance en precisión se produjo después de 1656 con la invención del reloj de péndulo . Galileo tuvo la idea de utilizar una masa oscilante para regular el movimiento de un dispositivo que decía el tiempo a principios del siglo XVII. A Christiaan Huygens , sin embargo, se le suele acreditar como inventor. Determinó la fórmula matemática que relacionaba la longitud del péndulo con el tiempo (alrededor de 99,4 cm o 39,1 pulgadas para el movimiento de un segundo) e hizo fabricar el primer reloj accionado por péndulo. El primer modelo de reloj se construyó en 1657 en La Haya , pero fue en Inglaterra donde se retomó la idea. [54] El reloj de caja larga (también conocido como reloj de pie ) fue creado para albergar el péndulo y las piezas del relojero inglés William Clement en 1670 o 1671. También fue en esta época cuando se empezaron a fabricar cajas de madera y relojes. caras para utilizar esmalte y cerámica pintada a mano.
En 1670, William Clement creó el escape de ancla , [55] una mejora con respecto al escape de corona de Huygens. Clemente también introdujo el resorte de suspensión del péndulo en 1671. El minutero concéntrico fue añadido al reloj por Daniel Quare , un relojero londinense y otros, y el segundero fue introducido por primera vez.
En 1675, Huygens y Robert Hooke inventaron el resorte espiral , o espiral, diseñado para controlar la velocidad de oscilación del volante . Este avance crucial finalmente hizo posibles los relojes de bolsillo precisos. El gran relojero inglés Thomas Tompion fue uno de los primeros en utilizar este mecanismo con éxito en sus relojes de bolsillo y adoptó el minutero que, después de probar una variedad de diseños, finalmente se estabilizó en la configuración moderna. [56] El mecanismo de sonería de cremallera y caracol para relojes se introdujo durante el siglo XVII y tenía claras ventajas sobre el mecanismo de "rueda contadora" (o "placa de bloqueo"). Durante el siglo XX, existía la idea errónea de que Edward Barlow inventó el golpe de cremallera y caracol . De hecho, su invento estaba relacionado con un mecanismo de repetición que empleaba el potro y el caracol. [57] El reloj de repetición , que suena el número de horas (o incluso minutos) a pedido, fue inventado por Quare o Barlow en 1676. George Graham inventó el escape muerto para relojes en 1720.
Un estímulo importante para mejorar la precisión y confiabilidad de los relojes fue la importancia de una medición precisa del tiempo para la navegación. La posición de un barco en el mar podría determinarse con una precisión razonable si un navegante pudiera consultar un reloj que atrasara o adelantara menos de 10 segundos por día. Este reloj no podía contener un péndulo, que sería prácticamente inútil en un barco que se balanceaba. En 1714, el gobierno británico ofreció grandes recompensas financieras por valor de 20.000 libras [58] a cualquiera que pudiera determinar la longitud con precisión. John Harrison , que dedicó su vida a mejorar la precisión de sus relojes, recibió posteriormente sumas considerables en virtud de la Ley de Longitud.
En 1735, Harrison construyó su primer cronómetro, que fue mejorando constantemente durante los siguientes treinta años antes de someterlo a examen. El reloj tenía muchas innovaciones, incluido el uso de cojinetes para reducir la fricción, balanzas ponderadas para compensar el cabeceo y balanceo del barco en el mar y el uso de dos metales diferentes para reducir el problema de la expansión por calor. El cronómetro fue probado en 1761 por el hijo de Harrison y al cabo de 10 semanas el reloj tenía un error de menos de 5 segundos. [59]
Los británicos dominaron la fabricación de relojes durante gran parte de los siglos XVII y XVIII, pero mantuvieron un sistema de producción orientado a productos de alta calidad para la élite. [60] Aunque hubo un intento de modernizar la fabricación de relojes con técnicas de producción en masa y la aplicación de herramientas y maquinaria de duplicación por parte de la British Watch Company en 1843, fue en Estados Unidos donde este sistema despegó. En 1816, Eli Terry y algunos otros relojeros de Connecticut desarrollaron una forma de producir relojes en masa mediante el uso de piezas intercambiables . [61] Aaron Lufkin Dennison inició una fábrica en 1851 en Massachusetts que también utilizaba piezas intercambiables, y en 1861 dirigía una empresa exitosa incorporada como Waltham Watch Company . [62] [63]
En 1815, el científico inglés Francis Ronalds publicó el primer reloj eléctrico alimentado por pilas secas . [64] Alexander Bain , un relojero escocés, patentó el reloj eléctrico en 1840. El resorte real del reloj eléctrico se da cuerda con un motor eléctrico o con un electroimán y una armadura. En 1841 patentó por primera vez el péndulo electromagnético . A finales del siglo XIX, la llegada de las pilas secas hizo posible el uso de energía eléctrica en los relojes. Los relojes accionados por resorte o peso que utilizan electricidad, ya sea corriente alterna (CA) o corriente continua (CC), para rebobinar el resorte o elevar el peso de un reloj mecánico se clasificarían como relojes electromecánicos . Esta clasificación también se aplicaría a los relojes que emplean un impulso eléctrico para impulsar el péndulo. En los relojes electromecánicos la electricidad no cumple ninguna función de cronometraje. Estos tipos de relojes se fabricaban como relojes individuales, pero se utilizaban más comúnmente en instalaciones de tiempo sincronizado en escuelas, empresas, fábricas, ferrocarriles e instalaciones gubernamentales como relojes maestros y relojes esclavos .
Cuando se dispone de un suministro eléctrico de CA de frecuencia estable, el cronometraje se puede mantener de manera muy confiable utilizando un motor síncrono , esencialmente contando los ciclos. La corriente de alimentación alterna con una frecuencia precisa de 50 hercios en muchos países y de 60 hercios en otros. Si bien la frecuencia puede variar ligeramente durante el día a medida que cambia la carga, los generadores están diseñados para mantener un número preciso de ciclos durante un día, por lo que el reloj puede retrasarse o acelerarse una fracción de segundo en cualquier momento, pero será perfectamente preciso. Durante mucho tiempo. El rotor del motor gira a una velocidad relacionada con la frecuencia de alternancia. El engranaje adecuado convierte esta velocidad de rotación en la correcta para las manecillas del reloj analógico. El tiempo en estos casos se mide de varias maneras, como contando los ciclos del suministro de CA, la vibración de un diapasón , el comportamiento de los cristales de cuarzo o las vibraciones cuánticas de los átomos. Los circuitos electrónicos dividen estas oscilaciones de alta frecuencia en otras más lentas que controlan la visualización de la hora.
Las propiedades piezoeléctricas del cuarzo cristalino fueron descubiertas por Jacques y Pierre Curie en 1880. [65] [66] El primer oscilador de cristal fue inventado en 1917 por Alexander M. Nicholson , después de lo cual Walter G. Cady construyó el primer oscilador de cristal de cuarzo. en 1921. [2] En 1927 , Warren Marrison y JW Horton construyeron el primer reloj de cuarzo en Bell Telephone Laboratories en Canadá. [67] [2] Las décadas siguientes vieron el desarrollo de relojes de cuarzo como dispositivos de medición del tiempo de precisión en entornos de laboratorio; los aparatos electrónicos de conteo voluminosos y delicados, construidos con tubos de vacío en ese momento, limitaron su uso práctico en otros lugares. La Oficina Nacional de Estándares (ahora NIST ) basó el estándar de tiempo de los Estados Unidos en relojes de cuarzo desde finales de 1929 hasta la década de 1960, cuando cambió a relojes atómicos. [68] En 1969, Seiko produjo el primer reloj de pulsera de cuarzo del mundo , el Astron . [69] Su precisión inherente y su bajo costo de producción dieron como resultado la posterior proliferación de relojes de cuarzo. [sesenta y cinco]
Actualmente, los relojes atómicos son los más precisos que existen. Son considerablemente más precisos que los relojes de cuarzo, ya que pueden tener una precisión de unos pocos segundos durante billones de años. [70] [71] Lord Kelvin teorizó por primera vez sobre los relojes atómicos en 1879. [72] En la década de 1930, el desarrollo de la resonancia magnética creó un método práctico para hacerlo. [73] En 1949 se construyó un prototipo de dispositivo máser de amoníaco en la Oficina Nacional de Estándares de EE. UU. (NBS, ahora NIST ). Aunque era menos preciso que los relojes de cuarzo existentes , sirvió para demostrar el concepto. [74] [75] [76] El primer reloj atómico preciso, un estándar de cesio basado en una determinada transición del átomo de cesio-133 , fue construido por Louis Essen en 1955 en el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido. [77] La calibración del reloj atómico estándar de cesio se llevó a cabo mediante el uso de la escala de tiempo astronómico de efemérides (ET). [78] A partir de 2013, los relojes atómicos más estables son los relojes de iterbio , que son estables en menos de dos partes en 1 quintillón (2 × 10-18 ) . [71]
La invención del reloj mecánico en el siglo XIII inició un cambio en los métodos de cronometraje desde procesos continuos, como el movimiento de la sombra del gnomon en un reloj de sol o el flujo de líquido en un reloj de agua, hasta procesos oscilatorios periódicos, como el balanceo de un péndulo o la vibración de un cristal de cuarzo , [3] [79] que tenían el potencial de lograr una mayor precisión. Todos los relojes modernos utilizan oscilación.
Aunque los mecanismos que utilizan varían, todos los relojes oscilantes, mecánicos, eléctricos y atómicos, funcionan de manera similar y pueden dividirse en partes análogas. [80] [81] [82] Consisten en un objeto que repite el mismo movimiento una y otra vez, un oscilador , con un intervalo de tiempo precisamente constante entre cada repetición, o 'latido'. Adjunto al oscilador hay un dispositivo controlador , que sostiene el movimiento del oscilador reemplazando la energía que pierde por la fricción y convierte sus oscilaciones en una serie de pulsos. Luego, los pulsos se cuentan mediante algún tipo de contador y el número de conteos se convierte en unidades convenientes, generalmente segundos, minutos, horas, etc. Finalmente, algún tipo de indicador muestra el resultado en una forma legible por humanos.
El elemento de cronometraje en cada reloj moderno es un oscilador armónico , un objeto físico ( resonador ) que vibra u oscila repetitivamente a una frecuencia exactamente constante. [2] [83] [84] [85]
La ventaja de un oscilador armónico sobre otras formas de oscilador es que emplea resonancia para vibrar a una frecuencia resonante natural precisa o "golpe" que depende únicamente de sus características físicas, y resiste la vibración a otras velocidades. La posible precisión que puede lograr un oscilador armónico se mide mediante un parámetro llamado Q , [87] [88] o factor de calidad, que aumenta (en igualdad de condiciones) con su frecuencia de resonancia. [89] Esta es la razón por la que ha habido una tendencia a largo plazo hacia osciladores de mayor frecuencia en los relojes. Los volantes y péndulos siempre incluyen un medio para ajustar el ritmo del reloj. Los relojes de cuarzo a veces incluyen un tornillo de velocidad que ajusta un condensador para ese propósito. Los relojes atómicos son estándares primarios y su velocidad no se puede ajustar.
Algunos relojes dependen para su precisión de un oscilador externo; es decir, se sincronizan automáticamente con un reloj más preciso:
Este tiene la doble función de mantener el oscilador en funcionamiento dándole 'empujones' para reponer la energía perdida por la fricción , y convertir sus vibraciones en una serie de pulsos que sirven para medir el tiempo.
En los relojes mecánicos, el bajo Q del volante o del oscilador del péndulo los hacía muy sensibles al efecto perturbador de los impulsos del escape, por lo que el escape tuvo un gran efecto en la precisión del reloj, y se probaron muchos diseños de escape. El mayor Q de los resonadores en los relojes electrónicos los hace relativamente insensibles a los efectos perturbadores de la potencia motriz, por lo que el circuito oscilador motriz es un componente mucho menos crítico. [2]
Cuenta los pulsos y los suma para obtener unidades de tiempo tradicionales de segundos, minutos, horas, etc. Por lo general, tiene una disposición para configurar el reloj ingresando manualmente la hora correcta en el contador.
Esto muestra el recuento de segundos, minutos, horas, etc. en un formato legible por humanos.
Los relojes se pueden clasificar por el tipo de visualización de la hora, así como por el método de cronometraje.
Los relojes analógicos suelen utilizar una esfera que indica la hora mediante punteros giratorios llamados "manecillas" en una esfera o esferas numeradas fijamente. La esfera del reloj estándar, conocida universalmente en todo el mundo, tiene una "manecilla horaria" corta que indica la hora en un dial circular de 12 horas , haciendo dos revoluciones por día, y una "manecilla de minutos" más larga que indica los minutos en el reloj actual. hora en la misma esfera, que también se divide en 60 minutos. También puede tener un "segundero" que indica los segundos del minuto actual. El único otro formato de reloj ampliamente utilizado en la actualidad es el analógico de 24 horas , debido al uso del horario de 24 horas en las organizaciones y horarios militares. Antes de que se estandarizara la esfera del reloj moderno durante la Revolución Industrial , se utilizaron muchos otros diseños de esfera a lo largo de los años, incluidas esferas divididas en 6, 8, 10 y 24 horas. Durante la Revolución Francesa, el gobierno francés intentó introducir un reloj de 10 horas , como parte de su sistema métrico de medición basado en decimales , pero no logró un uso generalizado. En el siglo XVIII se desarrolló un reloj italiano de 6 horas, presumiblemente para ahorrar energía (un reloj que da 24 veces consume más energía).
Otro tipo de reloj analógico es el reloj de sol, que sigue al sol continuamente, registrando la hora por la posición de la sombra de su gnomon . Debido a que el sol no se adapta al horario de verano, los usuarios deben agregar una hora durante ese horario. También se deben hacer correcciones en la ecuación del tiempo y en la diferencia entre las longitudes del reloj de sol y del meridiano central de la zona horaria que se está utilizando (es decir, 15 grados al este del primer meridiano por cada hora que dura la zona horaria). está por delante de GMT ). Los relojes de sol utilizan parte o parte del dial analógico de 24 horas. También existen relojes que utilizan una pantalla digital a pesar de tener un mecanismo analógico; comúnmente se les conoce como relojes plegables . Se han propuesto sistemas alternativos. Por ejemplo, el reloj "Twelv" indica la hora actual usando uno de doce colores, e indica los minutos mostrando una proporción de un disco circular, similar a una fase lunar . [93]
Los relojes digitales muestran una representación numérica del tiempo. En los relojes digitales se utilizan habitualmente dos formatos de visualización numérica :
La mayoría de los relojes digitales utilizan mecanismos electrónicos y pantallas LCD , LED o VFD ; También se utilizan muchas otras tecnologías de visualización ( tubos de rayos catódicos , tubos nixie , etc.). Después de un reinicio, un cambio de batería o un corte de energía, estos relojes sin batería de respaldo o capacitor comienzan a contar a las 12:00 o permanecen a las 12:00, a menudo con dígitos parpadeantes que indican que es necesario configurar la hora. Algunos relojes más nuevos se reinician automáticamente basándose en servidores de hora de radio o de Internet que están sintonizados con los relojes atómicos nacionales . Desde la introducción de los relojes digitales en la década de 1960, ha habido una notable disminución en el uso de relojes analógicos. [94]
Algunos relojes, llamados ' flip clocks ', tienen pantallas digitales que funcionan mecánicamente. Los dígitos están pintados sobre láminas de material montadas como las páginas de un libro. Una vez por minuto, se pasa una página para revelar el siguiente dígito. Estas pantallas suelen ser más fáciles de leer en condiciones de mucha iluminación que las LCD o LED. Además, no vuelven a las 12:00 después de un corte de energía. Los relojes plegables generalmente no tienen mecanismos electrónicos. Por lo general , son accionados por motores síncronos de CA.
Relojes de cuadrantes analógicos, con componente digital, normalmente los minutos y horas se muestran de forma analógica y los segundos se muestran en modo digital.
Por comodidad, distancia, telefonía o ceguera, los relojes auditivos presentan la hora como sonidos. El sonido puede ser hablado en lenguaje natural (p. ej., "Son las doce y treinta y cinco") o en forma de códigos auditivos (p. ej., el número de timbres consecutivos a la hora representa el número de la hora, como la campana del Big Ben ). La mayoría de las empresas de telecomunicaciones también ofrecen un servicio de reloj parlante .
Los relojes de palabras son relojes que muestran la hora visualmente mediante oraciones. Por ejemplo: "Son alrededor de las tres". Estos relojes se pueden implementar en hardware o software.
Algunos relojes, generalmente digitales, incluyen un proyector óptico que proyecta una imagen ampliada de la hora en una pantalla o en una superficie como un techo o una pared interior. Los dígitos son lo suficientemente grandes como para que personas con visión moderadamente imperfecta puedan leerlos fácilmente, sin usar anteojos, por lo que los relojes son convenientes para usarlos en sus dormitorios. Por lo general, el circuito de cronometraje tiene una batería como fuente de respaldo para un suministro de energía ininterrumpida para mantener el reloj en hora, mientras que la luz de proyección solo funciona cuando la unidad está conectada a una fuente de CA. También están disponibles versiones portátiles completamente alimentadas por baterías que se asemejan a linternas .
Los relojes auditivos y de proyección pueden ser utilizados por personas ciegas o con visión limitada. También hay relojes para ciegos que tienen pantallas que se pueden leer mediante el sentido del tacto. Algunos de ellos son similares a las pantallas analógicas normales, pero están construidos de manera que se puedan sentir las manos sin dañarlas. Otro tipo es esencialmente digital y utiliza dispositivos que utilizan un código como Braille para mostrar los dígitos de modo que se puedan sentir con la punta de los dedos.
Algunos relojes tienen varias pantallas accionadas por un solo mecanismo, y otros tienen varios mecanismos completamente separados en una sola caja. Los relojes en lugares públicos suelen tener varias caras visibles desde diferentes direcciones, de modo que el reloj se puede leer desde cualquier lugar cercano; Todas las caras muestran el mismo tiempo. Otros relojes muestran la hora actual en varias zonas horarias. Los relojes destinados a los viajeros suelen tener dos pantallas, una para la hora local y otra para la hora en casa, lo que resulta útil para realizar llamadas telefónicas preestablecidas. Algunos relojes de ecuación tienen dos pantallas, una que muestra la hora media y la otra la hora solar , como la mostraría un reloj de sol. Algunos relojes tienen pantallas tanto analógicas como digitales. Los relojes con pantalla Braille suelen tener también dígitos convencionales para que puedan ser leídos por personas videntes.
Los relojes se encuentran en hogares, oficinas y muchos otros lugares; los más pequeños (relojes) se llevan en la muñeca o en el bolsillo; los más grandes se encuentran en lugares públicos, por ejemplo, una estación de tren o una iglesia. A menudo se muestra un pequeño reloj en un rincón de las pantallas de ordenadores, teléfonos móviles y muchos reproductores de MP3 .
El objetivo principal de un reloj es mostrar la hora. Los relojes también pueden tener la capacidad de emitir una señal de alerta fuerte a una hora específica, generalmente para despertar a alguien que duerme a una hora preestablecida; se les conoce como despertadores . La alarma puede comenzar a un volumen bajo y volverse más fuerte, o tener la función de apagarse durante unos minutos y luego reanudarse. A veces se utilizan despertadores con indicadores visibles para indicar a los niños demasiado pequeños para leer la hora que ha terminado la hora de dormir; A veces se les llama relojes de entrenamiento .
Se puede utilizar un mecanismo de reloj para controlar un dispositivo según el tiempo, por ejemplo, un sistema de calefacción central, una videograbadora o una bomba de tiempo (ver: contador digital ). Estos mecanismos suelen denominarse temporizadores . Los mecanismos de reloj también se utilizan para accionar dispositivos como seguidores solares [ ancla rota ] y telescopios astronómicos , que tienen que girar a velocidades controladas con precisión para contrarrestar la rotación de la Tierra.
La mayoría de las computadoras digitales dependen de una señal interna de frecuencia constante para sincronizar el procesamiento; esto se conoce como señal de reloj . (Algunos proyectos de investigación están desarrollando CPU basadas en circuitos asíncronos ). Algunos equipos, incluidas las computadoras, también mantienen la hora y la fecha para su uso según sea necesario; esto se conoce como reloj de hora del día y es distinto de la señal del reloj del sistema, aunque posiblemente se base en el conteo de sus ciclos.
Para algunos trabajos científicos, la sincronización con la máxima precisión es esencial. También es necesario contar con un estándar de máxima precisión con respecto al cual se puedan calibrar los relojes en funcionamiento. Un reloj ideal daría la hora con una precisión ilimitada, pero esto no es posible. Muchos procesos físicos, incluidas en particular algunas transiciones entre niveles de energía atómica , ocurren a una frecuencia extremadamente estable; contar los ciclos de dicho proceso puede dar una hora muy precisa y consistente; los relojes que funcionan de esta manera suelen denominarse relojes atómicos. Estos relojes suelen ser grandes, muy caros, requieren un entorno controlado y son mucho más precisos de lo necesario para la mayoría de los fines; normalmente se utilizan en un laboratorio de estándares .
Hasta los avances de finales del siglo XX, la navegación dependía de la capacidad de medir la latitud y la longitud . La latitud se puede determinar mediante navegación celeste ; La medición de la longitud requiere un conocimiento preciso del tiempo. Esta necesidad fue una motivación importante para el desarrollo de relojes mecánicos precisos. John Harrison creó el primer cronómetro marino de alta precisión a mediados del siglo XVIII. El cañón del mediodía en Ciudad del Cabo todavía dispara una señal precisa para permitir a los barcos comprobar sus cronómetros. Muchos edificios cerca de los principales puertos solían tener (algunos todavía lo tienen) una gran bola montada en una torre o mástil dispuesta para caer en un momento predeterminado, con el mismo propósito. Mientras que los sistemas de navegación por satélite como el GPS requieren un conocimiento de la hora sin precedentes, esto lo proporcionan los equipos instalados en los satélites; Los vehículos ya no necesitan equipo de cronometraje.
Los relojes se pueden utilizar para medir distintos períodos de tiempo en juegos y deportes. Los cronómetros se pueden utilizar para cronometrar el rendimiento de los atletas de pista . Los relojes de ajedrez se utilizan para limitar el tiempo de los jugadores del juego de mesa para realizar un movimiento. En varios deportes,los relojes de juego miden la duración del juego o las subdivisiones del juego,[95][96]mientras que se pueden usar otros relojes para rastrear diferentes duraciones; estos incluyenrelojes de juego,relojes de lanzamientoyrelojes de lanzamiento.
En el Reino Unido , los relojes están asociados con diversas creencias, muchas de ellas relacionadas con la muerte o la mala suerte. Según las leyendas, los relojes se detenían por sí solos tras la muerte de una persona cercana, especialmente los de los monarcas. El reloj de la Cámara de los Lores supuestamente se detuvo "casi" a la hora de la muerte de Jorge III en 1820, el del Castillo de Balmoral se detuvo durante la hora de la muerte de la reina Victoria , y se cuentan leyendas similares sobre relojes asociados con William. IV e Isabel I. [97] Existen muchas supersticiones sobre los relojes. Una parada antes de que una persona haya muerto puede predecir la muerte venidera. [98] De manera similar, si suena un reloj durante un himno de la iglesia o una ceremonia matrimonial, se prefigura la muerte o la calamidad para los feligreses o un cónyuge, respectivamente. [99] La muerte o acontecimientos malos se presagian si un reloj marca la hora equivocada. También puede ser desafortunado tener un reloj frente al fuego o hablar mientras el reloj da las campanadas. [100]
En la cultura china, regalar un reloj ( chino tradicional :送鐘; chino simplificado :送钟; pinyin : sòng zhōng ) suele ser tabú, especialmente para las personas mayores, ya que es un homófono del acto de asistir al funeral de otra persona ( chino tradicional :送終; chino simplificado :送终; pinyin : sòngzhōng ). [101] [102] [103]
un dispositivo para medir y mostrar el tiempo, que generalmente se encuentra dentro o sobre un edificio y no es usado por una persona
Medios relacionados con relojes en Wikimedia Commons
La definición del diccionario de reloj en Wikcionario.
