Un reloj de ecuación es un reloj mecánico que incluye un mecanismo que simula la ecuación del tiempo , de modo que el usuario puede leer o calcular la hora solar , como lo mostraría un reloj de sol . Los primeros relojes precisos, controlados por péndulos , fueron patentados por Christiaan Huyghens en 1657. Durante las siguientes décadas, la gente todavía estaba acostumbrada a utilizar relojes de sol y quería poder utilizar relojes para encontrar la hora solar. Los relojes de ecuaciones se inventaron para satisfacer esta necesidad.
Los primeros relojes de ecuaciones tenían un puntero que se movía para mostrar la ecuación del tiempo en un dial o escala. El propio reloj funciona a velocidad constante. El usuario calcula la hora solar sumando la ecuación del tiempo a la lectura del reloj. Los relojes de ecuación posteriores, fabricados en el siglo XVIII, realizan la compensación automáticamente, por lo que el reloj muestra directamente la hora solar. Algunos de ellos también muestran la hora media , que a menudo se denomina "hora del reloj".
Todos los relojes de ecuación incluyen un mecanismo que simula la ecuación del tiempo, por lo que una palanca se mueve, o un eje gira, de manera que representa las variaciones de la ecuación del tiempo a medida que avanza el año. Hay dos tipos de mecanismos de uso frecuente:
En este tipo de mecanismo, un eje es accionado por el reloj para que gire una vez al año, a velocidad constante. El eje lleva una leva , que tiene aproximadamente "forma de riñón", de modo que su radio es esencialmente una gráfica de la variación anual de la ecuación del tiempo. Un seguidor y una palanca descansan contra la leva, de modo que a medida que la leva gira, la palanca se mueve de una manera que representa la ecuación cambiante del tiempo. Esta palanca acciona otros componentes del reloj.
En una aproximación más cercana, la ecuación del tiempo se puede representar como la suma de dos ondas sinusoidales, una con un período de un año y la otra con un período de seis meses, variando la fase relativa muy lentamente (marginalmente perceptible a lo largo del transcurso). de un siglo). Consulte la explicación en Ecuación del tiempo para obtener más detalles.
El mecanismo de doble eje tiene dos ejes que giran a velocidades constantes: uno gira una vez al año y el otro dos veces al año. Las manivelas o pasadores unidos a los dos ejes mueven los dos extremos de una palanca combinadora (a veces denominada árbol de látigo) de forma sinusoidal; Si las dimensiones se eligen correctamente, el punto medio de la varilla se mueve de una manera que simula la ecuación del tiempo.
Durante el período en que se fabricaban y utilizaban relojes de ecuación, todos los relojes se fabricaban a mano. No hay dos exactamente iguales. Muchos relojes de ecuaciones también tienen otras funciones, como visualización de la fase de la luna o las horas de salida y puesta del sol. Dejando de lado tales adiciones, hay cuatro formas diferentes en que funcionan los relojes. Los siguientes párrafos no pretenden ser descripciones detalladas de relojes individuales, sino ilustraciones de los principios generales de estos cuatro tipos diferentes de relojes de ecuación. El funcionamiento básico de determinados relojes se parece a estos, pero los detalles varían. Se puede acceder a imágenes y descripciones de varios relojes de ecuaciones, que todavía existen en los museos, a través de los enlaces externos que se enumeran a continuación.
Muchos relojes de ecuaciones, especialmente los primeros, tienen un mecanismo de reloj normal que muestra la hora media y también una pantalla que muestra la ecuación del tiempo. Un mecanismo de simulación de ecuación de tiempo controla el puntero en esta pantalla. El usuario debe agregar la ecuación del tiempo al tiempo del reloj para calcular la hora solar.
La mayoría de los relojes de ecuaciones posteriores, fabricados en el siglo XVIII, muestran directamente la hora solar. Muchos de ellos también muestran el tiempo medio y la ecuación del tiempo, pero el usuario no tiene que realizar sumas. Existen tres tipos:
Se han construido relojes en los que los minutos están en una placa circular que puede girar alrededor del mismo eje que las manecillas. El eje pasa por un agujero en el centro del plato y las manos están delante del plato. La parte de los minutos del tiempo que muestra el reloj viene dada por la posición del minutero en relación con las marcas de la placa. La manecilla es impulsada en el sentido de las agujas del reloj a velocidad constante por el mecanismo del reloj, y la placa es girada por el mecanismo que simula la ecuación del tiempo, girando en el sentido contrario a las agujas del reloj cuando la ecuación del tiempo aumenta y en el sentido de las agujas del reloj cuando disminuye. Si las relaciones de transmisión son correctas, el reloj muestra la hora solar. La hora media también se puede mostrar mediante un conjunto separado y estacionario de marcas de minutos en el dial, fuera del borde de la placa. La visualización de la hora no está ajustada a la ecuación del tiempo, por lo que la lectura de la hora es ligeramente aproximada. Esto no tiene ningún efecto práctico, ya que siempre es fácil ver qué hora es la correcta. Estos relojes son mecánicamente más simples que los otros tipos que se describen a continuación, pero tienen desventajas: la hora solar es difícil de leer sin mirar de cerca las marcas de los minutos, y no se puede hacer que el reloj marque la hora en hora solar.
Estos relojes incluyen un dispositivo en la parte superior del péndulo que cambia ligeramente su longitud efectiva, por lo que la velocidad del reloj varía. Este dispositivo es impulsado por un mecanismo de simulación que se mueve para simular la tasa de cambio de la ecuación del tiempo, en lugar de su valor real. Por ejemplo, durante los meses de diciembre y enero, cuando la ecuación del tiempo disminuye, por lo que un reloj de sol funciona más lento de lo habitual, el mecanismo hace que el péndulo sea efectivamente más largo de lo habitual, por lo que el reloj funciona más lento y mantiene el ritmo del reloj de sol. En otras épocas del año, el péndulo se acorta, por lo que el reloj corre más rápido, manteniendo nuevamente el ritmo del reloj de sol. Este tipo de mecanismo muestra sólo la hora solar (reloj de sol). No es fácil hacer que los relojes que lo utilizan muestren la hora media a menos que se incluya un mecanismo de reloj separado, con su propio péndulo. Hay algunos relojes de ecuación en los que se hace esto, pero requiere que la caja del reloj sea muy resistente para evitar el acoplamiento entre los péndulos. Otra desventaja de los relojes de péndulo variable es que la ecuación del tiempo no se puede visualizar fácilmente.
En algunos relojes de ecuación posteriores, un péndulo oscila a una frecuencia constante , controlando un mecanismo de reloj normal. A menudo, este mecanismo activa una pantalla que muestra la hora media (reloj). Sin embargo, hay componentes adicionales: un mecanismo de simulación de ecuación de tiempo como se describe anteriormente, y un dispositivo que agrega automáticamente la ecuación de tiempo al tiempo del reloj y controla una pantalla que muestra la hora solar. La suma se realiza de forma analógica , mediante un engranaje diferencial . [1] Este tipo de mecanismo de reloj de ecuaciones es el más versátil. Tanto la hora solar como la media se pueden visualizar fácil y claramente, al igual que la ecuación del tiempo. Marcar las horas en ambos tipos de tiempo también es fácil de organizar. Después de su invención en 1720, [2] este mecanismo se convirtió en el estándar y se utilizó durante gran parte del siglo XVIII, hasta que cesó la demanda de relojes de ecuaciones.
Los cambios lentos en los movimientos de la Tierra provocan cambios graduales en la variación anual de la ecuación del tiempo. [3] El gráfico en la parte superior de este artículo muestra la variación anual tal como es en la actualidad, alrededor del año 2000. Muchos siglos en el pasado o en el futuro, la forma del gráfico sería muy diferente. La mayoría de los relojes de ecuación se construyeron hace unos tres siglos, desde entonces el cambio en la variación anual de la ecuación del tiempo ha sido pequeño, pero apreciable. Los relojes reflejan la variación anual tal como eran cuando fueron fabricados. No compensan los cambios lentos, que entonces eran desconocidos, por lo que ahora son ligeramente menos precisos que cuando eran nuevos. El mayor error por esta causa es actualmente de aproximadamente un minuto. Siglos en el futuro, si estos relojes sobreviven, los errores serán mayores.
Los relojes de ecuaciones, como tales, ya no se utilizan mucho. Sin embargo, todavía se utilizan componentes funcionalmente iguales a los de los relojes de ecuación, por ejemplo, en los seguidores solares , que se mueven para seguir los movimientos del Sol en el cielo. Muchos de ellos no perciben la posición del Sol. En cambio, tienen un mecanismo que gira alrededor de un eje polar a una velocidad constante de 15 grados por hora, manteniendo el ritmo de la velocidad promedio de rotación de la Tierra en relación con el Sol. A veces, se genera una representación digital de esta rotación, en lugar de una rotación física de un componente. Luego se suma la ecuación del tiempo a esta rotación constante, lo que produce una rotación del seguidor que sigue el ritmo del movimiento aparente del Sol. Generalmente, estas máquinas utilizan tecnología moderna, que involucra electrónica y computadoras, en lugar de los dispositivos mecánicos que se usaban en los relojes de ecuaciones históricos, pero la función es la misma.
Nota: En algunos de estos materiales históricos, el tiempo del reloj se denomina "tiempo igual" y el tiempo del reloj de sol se denomina "tiempo aparente" o "tiempo solar verdadero".