Historia de los dispositivos de cronometraje
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Ver también: Cronología de las invenciones de medición del tiempo
fotografía de un reloj de arena
Un reloj de arena marino . Está relacionado con el reloj de arena , que en la actualidad se usa a menudo de manera simbólica para representar el concepto de tiempo.

La historia de los dispositivos de cronometraje se remonta a cuando las civilizaciones antiguas observaron el Sol y la Luna mientras se movían por el cielo. El actual sistema sexagesimal de medición del tiempo se remonta aproximadamente al año 2000 a.  C. de los sumerios .

Los antiguos egipcios dividieron el día en dos períodos de 12 horas y usaron obeliscos para seguir el sol. Desarrollaron relojes de agua , empleados más tarde por los chinos (después de que fueran introducidos desde Mesopotamia ), los persas y los griegos . Otros dispositivos antiguos de cronometraje incluyen el reloj de vela , el cronómetro y el reloj de arena .

Se sabe que el mecanismo de escape se utilizó en la antigua Grecia. Los chinos utilizaron un mecanismo de escape impulsado por mercurio en sus relojes del siglo X, y los inventos islámicos medievales incluían relojes accionados por engranajes y pesos. Los relojes mecánicos que utilizaban el mecanismo de escape de borde con un cronómetro foliot se inventaron en Europa a principios del siglo XIV. Los relojes portátiles se construyeron por primera vez después de la invención del muelle real a principios del siglo XV; Los primeros relojes de bolsillo aparecieron durante el siglo XVII, y su precisión mejoró después del resorte de equilibrio. fue agregado al volante.

Durante la Edad de Oro holandesa , el erudito Christiaan Huygens inventó un reloj de péndulo preciso y práctico y la espiral , lo que condujo al desarrollo del reloj . Sus inventos aumentaron drásticamente la precisión del cronometraje y se utilizaron ampliamente. Los osciladores de cuarzo se inventaron en la década de 1930 y los relojes atómicos surgieron después de la Segunda Guerra Mundial. Los avances tecnológicos durante la década de 1960 hicieron que los relojes de cuarzo fueran compactos y baratos, lo que llevó a su dominio durante la década de 1980. Los relojes atómicos son más precisos que cualquier otro dispositivo de cronometraje. Se utilizan para calibrar otros dispositivos. Un estandarizadoEl sistema de medición del tiempo, Tiempo Universal Coordinado , se basa en el tiempo atómico.

Dispositivos de cronometraje continuo

El sol se eleva sobre Stonehenge en el sur de Inglaterra en el solsticio de junio

Las civilizaciones antiguas observaron cuerpos astronómicos , a menudo el Sol y la Luna , para determinar el tiempo. [1] Es probable que Stonehenge haya sido un observatorio astronómico , acostumbrado a eventos estacionales y anuales como equinoccios o solsticios. [2] Como las civilizaciones megalíticas no dejaron historia registrada, se sabe poco de sus métodos de cronometraje. [3]

Los mesoamericanos modificaron su sistema de conteo vigesimal habitual cuando se trata de calendarios para producir un año de 360 ​​días. [4] Los aborígenes australianos comprendieron bien el movimiento de los objetos en el cielo y utilizaron sus conocimientos para construir calendarios y ayudar a la navegación; la mayoría de las culturas aborígenes tenían estaciones bien definidas y determinadas por los cambios naturales a lo largo del año, incluidos los eventos celestiales. Las fases de la luna se utilizaron para marcar períodos de tiempo más cortos; los Yaraldi de Australia del Sur fueron una de las pocas personas registradas que tenían una forma de medir el tiempo durante el día, que se dividió en siete partes usando la posición del Sol. [5]

Todos los cronometradores antes del siglo XIII se basaron en métodos que usaban algo que se movía continuamente. Ningún método temprano para mantener el tiempo cambió a un ritmo constante. [6] Los dispositivos y métodos para mantener el tiempo han mejorado continuamente a través de una larga serie de nuevos inventos e ideas. [7]

Relojes de sol

Un reloj de sol del Antiguo Egipto ( Rijksmuseum van Oudheden )

Los primeros dispositivos utilizados para medir la posición del Sol fueron los relojes de sombra , que luego se convirtieron en el reloj de sol . [8] [nota 1] Obeliscos egipcios , construidos c. 3500 a. C., se encuentran entre los primeros relojes de sombra. [9] El más antiguo de todos los relojes de sol conocidos se remonta a c. 1500 aC (durante la XIX Dinastía ), y fue descubierto en el Valle de los Reyes en 2013. [10] Dichos diales indicaban horas desiguales que variaban con las estaciones, y el día se dividía en 12 segmentos iguales independientemente de la época del año. . [10] [11]Los obeliscos también indicaron si era por la mañana o por la tarde, así como los solsticios de verano e invierno . [12] Se desarrolló un tercer tipo de reloj de sombras c. 500 a. C. que tenía una forma similar a una escuadra en T doblada . Midió el paso del tiempo por la sombra proyectada por su travesaño. Estaba orientado hacia el este por las mañanas y giraba al mediodía para poder proyectar su sombra en la dirección opuesta. [13]

En la Biblia se hace referencia a un reloj de sol, en 2 Reyes 20: 9-11, cuando Ezequías , rey de Judea durante el siglo VIII a. C., fue sanado por el profeta Isaías y pidió una señal de que se recuperaría: [14]

Y dijo Isaías: Esta señal tendrás del Señor, de que Jehová hará lo que ha dicho: ¿Avanzará la sombra diez grados o retrocederá diez grados? Y Ezequías respondió: Es algo ligero que la sombra descienda diez grados; no, pero que la sombra vuelva atrás diez grados. Y el profeta Isaías clamó a Jehová, y él hizo retroceder diez grados la sombra por la cual había descendido en el cuadrante de Acaz.

Una tablilla de arcilla del período babilónico tardío describe la longitud de las sombras en diferentes épocas del año. [15] Los griegos atribuyen al escritor babilónico Berossos ( siglo  III a. C. ) la invención de un reloj de sol hemisférico ahuecado en piedra; el camino de la sombra se dividió en 12 partes para marcar el tiempo. [16] Los relojes de sol griegos evolucionaron para volverse muy sofisticados : el Analemma de Ptolomeo , escrito en el siglo II d. C., utilizó una forma temprana de trigonometría para derivar la posición del sol a partir de datos como la hora del día y la ubicación geográfica.latitud . [17] [nota 2] Los romanos tomaron prestada la idea del reloj de sol de los griegos. [20] El comandante militar Plinio el Viejo registró que el primer reloj de sol en Roma llegó en el 264  a. C., saqueado de Catania en Sicilia ; según él, dio la hora incorrecta durante un siglo, hasta que se utilizaron las marcas y el ángulo apropiados para la latitud de Roma. [21]

Según el historiador alemán de la astronomía Ernst Zinner , los relojes de sol se desarrollaron durante el siglo XIII con escalas que mostraban horas iguales. El primero basado en el tiempo polar apareció en Alemania c. 1400; una teoría alternativa propone que un reloj de sol de Damasco que mide el tiempo polar se puede fechar en 1372. [22] Aparecieron tratados europeos sobre el diseño de relojes de sol c. 1500. [23]

Merkhet

Un método egipcio para determinar la hora durante la noche era utilizar un tipo de plomada llamada merkhet . En uso desde al menos el año 600 a. C., dos merkhets se alinearon con Polaris , la estrella del polo norte , para crear un meridiano norte-sur . El tiempo se determinó observando determinadas estrellas a medida que cruzaban el meridiano. [24]

Relojes de agua

( izquierda ) Un reloj de agua egipcio de piedra caliza , 285–246 aC ( Instituto Oriental, Chicago ) ( derecha ) Tablilla de arcilla babilónica BM 29371, que describe un reloj de agua ( Museo Británico )

La descripción más antigua de una clepsidra, o reloj de agua , proviene de la inscripción de la tumba de un funcionario de la corte egipcia de principios de la XVIII Dinastía ( c. 1500 a . C.) llamado Amenemhet, a quien se identifica como su inventor. [25] Se supone que el objeto descrito en la inscripción es un cuenco con marcas para indicar el tiempo y pequeños orificios en su base, el cuenco se flotó en el agua y se dejó que se llenara. [26] El reloj de agua más antiguo conocido se encontró en la tumba del faraón Amenhotep III ( c. 1417-1379 aC). [27] No hay ejemplos reconocidos de la existencia de relojes de agua salientes de la antigua Mesopotamia.de relojes de agua que brotan, pero las referencias escritas han sobrevivido. [15]

La introducción del reloj de agua en China , quizás de Mesopotamia, se remonta al segundo milenio antes de  Cristo, durante la dinastía Shang y, a más tardar, en el primer milenio antes de  Cristo. Alrededor del 550 d.C., Yin Gui fue el primero en China en escribir sobre el desbordamiento o tanque de nivel constante agregado a la serie, que luego fue descrito en detalle por el inventor Shen Kuo . Alrededor del año 610, dos inventores de la dinastía Sui , Geng Xun y Yuwen Kai, fueron los primeros en crear la clepsidra de equilibrio, con posiciones estándar para el equilibrio de acero . [28] En 721, el matemático Yi Xing y el funcionario del gobierno Liang LingzanReguló el poder del agua que impulsa un reloj astronómico , dividiendo el poder en impulsos unitarios para que el movimiento de los planetas y las estrellas pudiera duplicarse. [29] En 976, el astrónomo de la dinastía Song Zhang Sixun abordó el problema del agua en las clepsidras que se congelaba en climas fríos utilizando mercurio líquido . [30] El erudito Su Song construyó una torre de reloj astronómico impulsada por agua en 1088, [31] que presentaba la primera cadena de transmisión de energía sin fin conocida . [32]

La Torre de los Vientos en Atenas (siglo I a.C.)

Los filósofos griegos Anaxágoras y Empédocles se refirieron a los relojes de agua que se usaban para hacer cumplir los límites de tiempo o el paso del tiempo. [33] [34] Se supone que el filósofo ateniense Platón inventó un reloj despertador que usaba bolas de plomo que caían ruidosamente en cascada sobre una bandeja de cobre para despertar a sus estudiantes, [35]

Los relojes de agua griegos se volvieron más precisos alrededor del año 325  a. C. y se adaptaron para tener una esfera con una aguja horaria. Un problema con la mayoría de las clepsidras, la variación en el flujo de agua debido al cambio en la presión del fluido, se abordó desde el año 100  a. C. Al recipiente de agua del reloj se le dio una forma cónica. Clepsydrae se volvió más sofisticado e incluyó gongs y mecanismos de movimiento. [31] Existe evidencia de que la Torre de los Vientos en Atenas, diseñada por el astrónomo Andrónico de Cyrrhus en el siglo I aC, alguna vez tuvo ocho relojes de sol, un reloj de agua y una veleta. [36] En la tradición griega, las clepsidras se usaban en la corte ; más tarde, una práctica adoptada más tarde por los romanos .[37]

El primer reloj de engranajes fue inventado en el siglo XI por el ingeniero árabe Ibn Khalaf al-Muradi en la Iberia islámica . Era un reloj de agua que empleaba engranajes tanto segmentarios como epicíclicos . Los relojes de agua islámicos, que utilizaban trenes de engranajes complejos e incluían series de autómatas , no tenían rival en su sofisticación hasta mediados del siglo XIV. [38] [39] Se desarrollaron mecanismos impulsados ​​por líquido (que utilizan flotadores pesados ​​y un sistema de carga constante) que permitían que los relojes de agua funcionaran a un ritmo más lento. [39]

El reloj de agua Jayrun del siglo XII , en la mezquita omeya de Damasco, fue construido por Muhammad al-Sa'ati y más tarde descrito por su hijo Ridwan ibn al-Sa'ati , en su obra Sobre la construcción de relojes y su uso (1203 ). [40] Al-Jazari describió un sofisticado reloj astronómico impulsado por agua en su tratado sobre las máquinas, escrito en 1206. [41] Este reloj de castillo tenía unos 11 pies (3,4 m) de altura e incluía una exhibición del zodíaco y los senderos solares y lunares, y las puertas que se abrían, revelando un maniquí cada hora. [42]Fue posible restablecer la duración del día y la noche para tener en cuenta los cambios de duración del día y la noche. [43] En 1235, un reloj de agua que "anunciaba las horas de oración fijadas y la hora tanto de día como de noche" se encontraba en el vestíbulo de entrada de la madraza Mustansiriya en Bagdad . [44]

Relojes de incienso chino

Un reloj de incienso ; el tiempo se midió por medio de incienso en polvo quemado a lo largo de un camino premedido

Los relojes de incienso se utilizaron por primera vez en China alrededor del siglo VI, [45] principalmente con fines religiosos, [46] pero también para reuniones sociales o por eruditos chinos. [47] Debido al uso frecuente de caracteres devanagari , el sinólogo estadounidense Edward H. Schafer ha especulado que fueron inventados en la India . [48] Como el incienso se quema uniformemente y sin llama, los relojes eran precisos y seguros para uso en interiores. [49] Para marcar diferentes horas, se podrían usar inciensos con diferentes aromas (hechos de diferentes recetas). [50]

Los relojes de varilla de incienso utilizaban una varilla de incienso calibrada . Algunos fueron diseñados para dejar caer pesos a intervalos regulares, [46] Los palos pueden ser rectos o en espiral; los en espiral estaban destinados a un uso prolongado y, a menudo, se colgaban de los techos de las casas y los templos. [51]

Los relojes de sello de incienso tenían un disco de madera o piedra grabado con una o más ranuras, en las que se colocaba el incienso. [52] Eran comunes en China, pero se produjeron en menor número en Japón. [53] La longitud del rastro de incienso, directamente relacionada con el tamaño del sello, fue el factor principal para determinar cuánto duraría el reloj; para quemar 12 horas se ha estimado un camino de incienso de alrededor de 20 pies (6,1 m). [54]Los chinos introdujeron gradualmente discos de metal, probablemente a partir de la dinastía Song. El uso del metal permitió a los artesanos crear más fácilmente sellos de diferentes tamaños, diseñarlos y decorarlos de manera más estética, y variar los recorridos de las ranuras, para permitir la variación de la duración de los días en el año. A medida que se dispuso de sellos más pequeños, los relojes con sellos de incienso aumentaron en popularidad y, a menudo, se regalaban. [55]

Astrolabios

( izquierda ) la descripción de al-Bīrūnī del siglo XI de un astrolabio con engranajes; ( derecha ) el astrolabio hecho en c. 1221 por el astrónomo al-Farisi ( Museo de Historia de la Ciencia, Oxford )

En Persia se hicieron sofisticados astrolabios de cronometraje con mecanismos de engranajes, construidos por el erudito Abū Rayhān Bīrūnī en el siglo XI y el astrónomo Muhammad ibn Abi Bakr al-Farisi en c. 1221. [56] [57] El astrolabio de bronce y plata fabricado en Isfahan por al-Farisi es la máquina más antigua con sus engranajes aún intactos. Es tanto un astrolabio como un calendario. El diseño se origina en un texto de Abū Rayhān Bīrūnī, pero el engranaje se ha simplificado. Las aberturas en la parte posterior del astrolabio representan las fases lunares y dan la edad de la Luna; dentro de una escala zodiacal hay dos anillos concéntricos que muestran las posiciones relativas del Sol y la Luna.[58]

Los astrónomos musulmanes construyeron una variedad de relojes astronómicos de alta precisión para usar en sus mezquitas y observatorios , [59] como el reloj astrolabico de Ibn al-Shatir a principios del siglo XIV. [60]

Relojes de vela

Una de las primeras menciones de un reloj con vela se encuentra en un poema chino , escrito en 520 por You Jianfu, quien escribió que la vela graduada es un medio para determinar el tiempo por la noche. En Japón se utilizaron velas similares hasta principios del siglo X. [61]

La invención del reloj de velas fue atribuida por los anglosajones a Alfredo el Grande , rey de Wessex , quien usó seis velas marcadas a intervalos de una pulgada , cada una hecha de 12  pennyweights de cera, y hecha para ser de 12 pulgadas (30 cm). ) alto y de espesor uniforme. [62]

El inventor musulmán del siglo XII, Al-Jazari, describió cuatro diseños diferentes para un reloj de vela en su libro El libro del conocimiento de los ingeniosos dispositivos mecánicos ( IKitab fi Ma'rifat al-Hiyal al-Handasiyya ). [63] [64] Su llamado reloj de vela 'escriba' fue inventado para marcar el paso de 14 horas de igual duración: un mecanismo de ingeniería precisa hizo que una vela de dimensiones específicas se empujara lentamente hacia arriba, lo que provocó que un indicador se moviera a lo largo de una escala. Cada hora, una pequeña bola emergía del pico de un pájaro. [63]

Relojes de arena

Un detalle de la Alegoría del buen gobierno de Lorenzetti ( c. 1338)

El reloj de arena era uno de los pocos métodos fiables para medir el tiempo en el mar, y se ha especulado que se utilizaba a bordo de barcos desde el siglo XI, cuando habría complementado la brújula como ayuda para la navegación. La evidencia inequívoca más temprana del uso de un reloj de arena aparece en la pintura Alegoría del buen gobierno , del artista italiano Ambrogio Lorenzetti , de 1338. [65]

El navegante portugués Fernando de Magallanes usó 18 relojes de arena en cada barco durante su circunnavegación del globo en 1522. [66] Aunque también se usó en China, se desconoce la historia del reloj de arena allí, [67] pero no parece haber sido usado en China antes. mediados del siglo XVI, [68] y el reloj de arena implica el uso del vidrio soplado, que parece ser un arte enteramente europeo y occidental. [69]

Desde el siglo XV en adelante, los relojes de arena se utilizaron en una amplia gama de aplicaciones en el mar, en iglesias, en la industria y en la cocina; fueron los primeros dispositivos de medición del tiempo confiables, reutilizables, razonablemente precisos y de fácil construcción. El reloj de arena también adquirió significados simbólicos, como el de la muerte, la templanza, la oportunidad y el Padre Tiempo , generalmente representado como un anciano barbudo. [70]

Historia de los primeros dispositivos oscilantes en cronometradores

El reloj de palabras en inglés apareció por primera vez en inglés medio como clok , cloke o clokke . El origen de la palabra no se conoce con certeza; puede ser un préstamo del francés o del holandés , y tal vez pueda remontarse al latín clocca ("campana") posclásico . Fuentes irlandesas del siglo VII y germánicas del siglo IX registraron reloj con el significado de "campana". [71]

El judaísmo, el cristianismo y el islam tenían horarios reservados para la oración, aunque se esperaba que los cristianos solos asistieran a las oraciones en horas específicas del día y de la noche, lo que el historiador Jo Ellen Barnett describe como "una adhesión rígida a las oraciones repetitivas que se dicen muchas veces al día. ". [72] Las alarmas de campana advirtieron al monje de turno que tocara la campana monástica. Su alarma era un temporizador que usaba una forma de escape para hacer sonar una pequeña campana. Este mecanismo fue el precursor del dispositivo de escape que se encuentra en el reloj mecánico. [73] [74]

siglo 13

Reloj de agua (que representa un reloj en la corte real de París, c. 1250)

Las primeras innovaciones para mejorar la precisión del reloj de arena y el reloj de agua se produjeron en el siglo X, cuando se intentó reducir su velocidad de flujo mediante la fricción o la fuerza de la gravedad. [75] La representación más antigua de un reloj impulsado por un peso colgante es de la Biblia de San Luis , un manuscrito iluminado que muestra un reloj que se ralentiza por el agua que actúa sobre una rueda. La ilustración parece mostrar que los relojes impulsados ​​por peso se inventaron en Europa occidental. [76] Un tratado escrito por Robert el Inglés en 1271 muestra que los artesanos medievales intentaban diseñar un reloj puramente mecánico (es decir, impulsado únicamente por la gravedad) durante este período. [77]Dichos relojes eran una síntesis de ideas anteriores derivadas de la ciencia europea e islámica, como los sistemas de engranajes, los impulsores de peso y los mecanismos de golpe. [78]

En 1250, el artista Villard de Honnecourt ilustró un dispositivo que fue el paso hacia el desarrollo del escape . [79] Otro precursor del escape fue la horologia nocturna , que utilizaba un tipo de mecanismo de borde temprano para operar una aldaba que tocaba continuamente una campana. [80] El reloj impulsado por peso fue probablemente un invento de Europa occidental, ya que la imagen de un reloj muestra un peso tirando de un eje, su movimiento ralentizado por un sistema de orificios que liberan agua lentamente. [81] En 1271, el astrónomo inglés Robertus Anglicusescribió sobre sus contemporáneos que estaban en el proceso de desarrollar una forma de reloj mecánico. [82] [nota 3]

siglo 14

Un detalle del reloj de la catedral de Salisbury , que muestra el borde y el foliot

La invención del escape de borde y foliot en c. 1275 [84] fue uno de los inventos más importantes de la historia del reloj. [85] y la historia de la tecnología . [86] Fue el primer tipo de regulador en relojería . [6] Un eje, o eje vertical, es forzado a girar por una rueda de corona impulsada por peso, pero un foliot impide que gire libremente. El foliot, que no puede vibrar libremente, se balancea hacia adelante y hacia atrás, lo que permite que una rueda gire un diente a la vez. [86] [87]Aunque el verge y el foliot eran un avance respecto a los cronometradores anteriores, era imposible evitar las fluctuaciones en el ritmo causadas por cambios en las fuerzas aplicadas; los primeros relojes mecánicos se reajustaban regularmente con un reloj de sol. [88] [89]

Aproximadamente al mismo tiempo que la invención del escape, el poeta florentino Dante Alighieri utilizó imágenes de reloj para representar las almas de los bienaventurados en Paradiso , la tercera parte de la Divina Comedia , escrita a principios del siglo XIV. Puede ser la primera descripción literaria conocida de un reloj mecánico. [90] Hay referencias a los relojes de las casas desde 1314 en adelante; en 1325 se puede suponer que se produjo el desarrollo del reloj mecánico. [91]

Se construyeron grandes relojes mecánicos que se montaban en torres para hacer sonar la campana directamente. La torre del reloj de la catedral de Norwich (construida hacia 1321-1325) es el primer reloj grande conocido. El reloj no ha sobrevivido. [92] El primer reloj que se sabe que da la hora con regularidad, un reloj con un mecanismo de borde y foliot, se registró en Milán en 1336. [93] En 1341, los relojes impulsados ​​por pesas eran lo suficientemente familiares como para poder adaptarse para molinos de grano , [94] y en 1344 el reloj de la Catedral de San Pablo de Londres había sido reemplazado por uno con un escape. [95]El foliot fue ilustrado por primera vez por Dondi en 1364, [96] y mencionado por el historiador de la corte Jean Froissart en 1369. [97]

El ejemplo más famoso de un dispositivo de cronometraje durante el período medieval fue un reloj diseñado y construido por el relojero Henry de Vick en c. 1360, [85] [98] que se dijo que había variado hasta dos horas al día. Durante los siguientes 300 años, todas las mejoras en el cronometraje fueron esencialmente desarrollos basados ​​en los principios del reloj de De Vick. [99] Entre 1348 y 1364, Giovanni Dondi dell'Orologio , hijo de Jacopo Dondi, construyó un astrario complejo en Florencia. [100] [nota 4]

Durante el siglo XIV, aparecieron relojes con frecuencia cada vez mayor en los espacios públicos, primero en Italia, un poco más tarde en Francia e Inglaterra; entre 1371 y 1380, los relojes públicos se introdujeron en más de 70 ciudades europeas. [102] El reloj de la catedral de Salisbury , que data aproximadamente de 1386, es uno de los relojes en funcionamiento más antiguos del mundo y puede que sea el más antiguo; todavía tiene la mayoría de sus partes originales. [103] [nota 5] El reloj de la catedral de Wells , construido en 1392, es único porque todavía conserva su cara medieval original. Sobre el reloj hay figuras que tocan las campanas y un grupo de caballeros en justas que giran alrededor de una pista cada 15 minutos. [104] [nota 6]

Desarrollos posteriores

Fusee para relojes (Leonardo da Vinci) de su " Tratado de estática y mecánica "

La invención del resorte principal a principios del siglo XV —un dispositivo que se utilizó por primera vez en las cerraduras y para las cerraduras de chispa en las armas de fuego— permitió que se construyeran relojes pequeños por primera vez. [106] La necesidad de un mecanismo de escape que controlara constantemente la liberación de la energía almacenada, llevó al desarrollo de dos dispositivos, el stackfreed (que, aunque inventado en el siglo XV, no se puede documentar antes de c. 1535) y el fusee , que se originó por primera vez a partir de armas medievales como la ballesta . [106] Hay un fusible en el reloj de resorte más antiguo que se conserva, un reloj de cámara hecho para Felipe el Bueno., que se hizo en c. 1430. [106] Leonardo da Vinci , quien produjo los primeros dibujos conocidos de un péndulo en 1493-1494, [107] ilustró una fusible en c. 1500, un cuarto de siglo después de la aparición del resorte en espiral. [108]

El llamado 'Reloj Henlein'

Las torres de reloj en Europa occidental en la Edad Media dieron la hora. Los primeros diales del reloj mostraban las horas; un reloj con una esfera de minutos se menciona en un manuscrito de 1475. [109] Durante el siglo XVI, los cronometradores se volvieron más refinados y sofisticados, de modo que en 1577 el astrónomo danés Tycho Brahe pudo obtener el primero de cuatro relojes que medían en segundos, [110] y en Nuremberg, el relojero Peter Henlein fue pagó por hacer lo que se cree que fue el primer ejemplo de un reloj , fabricado en 1524. [111] Hacia 1500, el uso del foliot en los relojes había comenzado a declinar. [112]El reloj de resorte más antiguo que se conserva es un dispositivo fabricado por Jacob Zech  [ cs ] en 1525. [108] [113] La primera persona que sugirió viajar con un reloj para determinar la longitud , en 1530, fue el fabricante de instrumentos holandés Gemma Frisius . El reloj se pondría en la hora local de un punto de partida cuya longitud se conociera, y la longitud de cualquier otro lugar podría determinarse comparando su hora local con la hora del reloj. [114] [115]

El ingeniero otomano Taqi al-Din describió un reloj impulsado por peso con un escape de borde y folio, un tren de engranajes llamativo, una alarma y una representación de las fases de la luna en su libro Las estrellas más brillantes para la construcción de relojes mecánicos. ( Al-Kawākib al-durriyya fī wadh 'al-bankāmat al-dawriyya ), escrito alrededor de 1556. [116]

Se cree que el erudito italiano Galileo Galilei se dio cuenta por primera vez de que el péndulo podría usarse como un cronometrador preciso después de observar el movimiento de las lámparas suspendidas en la catedral de Pisa . [117] En 1582, investigó la oscilación regular del péndulo y descubrió que esto solo dependía de su longitud. Galileo nunca construyó un reloj basado en su descubrimiento, pero antes de su muerte le dictó instrucciones para construir un reloj de péndulo a su hijo, Vincenzo . [118]

Era de la precisión en el cronometraje

Relojes de péndulo

( izquierda y centro ) El primer reloj de péndulo , inventado por Christiaan Huygens en 1656. Su invención aumentó la precisión de los relojes más de sesenta veces; ( derecha ) Retrato de Netscher de Huygens (1671).

El período en el que los relojes estaban controlados por cronometradores armónicos y resonantes fue la era más productiva en el cronometraje. [99] [nota 7] La primera invención de este tipo fue el reloj de péndulo , que fue diseñado y construido por el erudito holandés Christiaan Huygens en 1656. Las primeras versiones tenían un error de menos de un minuto por día y las posteriores solo de 10 segundos. muy preciso para su época. Los diales que mostraban minutos y segundos se volvieron comunes después del aumento en la precisión que hizo posible el reloj de péndulo. Brahe usó relojes con minutos y segundos para observar posiciones estelares. [109]El reloj de péndulo superó a todos los demás tipos de cronometradores mecánicos hasta tal punto que, por lo general, estos se reajustaban con un péndulo, una tarea que podía realizarse sin dificultad [120] , de modo que pocos dispositivos de escape de borde han sobrevivido en su forma original. [121]

Los primeros relojes de péndulo usaban un escape de borde, que requería grandes oscilaciones de aproximadamente 100 °, por lo que por necesidad tenían péndulos cortos y ligeros. [122] La oscilación se redujo a alrededor de 6 ° después de que la invención del mecanismo de anclaje permitiera el uso de péndulos más largos y pesados ​​con ritmos más lentos que tenían menos variación, ya que se parecían más al movimiento armónico simple , requerían menos energía y causaban menos fricción y desgaste. [123] El primer reloj de escape de ancla conocido fue construido por el relojero inglés William Clement en 1671 para KIng's College, Cambridge, [124] ahora en el Museo de Ciencias de Londres . [125]El escape de ancla se originó con Hooke, aunque se ha argumentado que fue inventado por Clement, [126] o el relojero inglés Joseph Knibb . [125]

Los jesuitas fueron otro importante contribuyente al desarrollo de los relojes de péndulo en los siglos XVII y XVIII, habiendo tenido una "apreciación inusualmente aguda de la importancia de la precisión". [127] Al medir un péndulo preciso de un segundo, por ejemplo, el astrónomo italiano Padre Giovanni Battista Riccioli persuadió a nueve compañeros jesuitas "para contar casi 87.000 oscilaciones en un solo día". [128] Desempeñaron un papel crucial en la difusión y prueba de las ideas científicas del período y colaboraron con científicos contemporáneos, como Huygens. [129]

Detalle de la esfera de un reloj de ecuaciones realizado por Ferdinand Berthoud , c. 1752 ( Museo Metropolitano de Arte )

Huygens usó por primera vez un reloj para calcular la ecuación del tiempo (la diferencia entre el tiempo solar aparente y el tiempo dado por un reloj), publicando sus resultados en 1665. La relación permitió a los astrónomos usar las estrellas para medir el tiempo sidéreo , lo que proporcionó un método preciso para configurar los relojes. La ecuación del tiempo se grabó en los relojes de sol para que los relojes pudieran ajustarse utilizando el sol. En 1720, Joseph Williamson afirmó haber inventado un reloj que mostraba la hora solar , equipado con una leva y engranajes diferenciales , de modo que el reloj indicaba la hora solar verdadera. [130] [131] [132]

Otras innovaciones en el cronometraje durante este período incluyen la invención del mecanismo de golpe de cremallera y caracol para golpear relojes por el mecánico inglés Edward Barlow , la invención por Barlow o Daniel Quare , un relojero de Londres, en 1676 del reloj repetidor , que suena el número de horas (o incluso minutos), [133] y el escape del latido inactivo , inventado alrededor de 1675 por el astrónomo Richard Towneley , [134] Cualquier error inherente en los primeros relojes de péndulo era menor que otros errores causados ​​por factores como la variación de temperatura . [135]Las invenciones para reducir el efecto de la temperatura incluyen la bob llena de mercurio de Graham (1721) y el péndulo de parrilla de Harrison (1726). [136] El alumno de Graham, Thomas Mudge, creó el primer escape de palanca en 1754. [137]

París y Blois fueron los primeros centros de la relojería en Francia, y los relojeros franceses como Julien Le Roy , relojero de Versalles , fueron líderes en diseño de cajas y relojes ornamentales. [138] Le Roy pertenecía a la quinta generación de una familia de relojeros, y sus contemporáneos lo describieron como "el relojero más hábil de Francia, posiblemente de Europa". Inventó un mecanismo de repetición especial que mejoró la precisión de relojes y relojes, una esfera que se podía abrir para ver el mecanismo de relojería interior, y fabricó o supervisó más de 3500 relojes. [ cuando? ]La competencia y la rivalidad científica resultante de sus descubrimientos animaron aún más a los investigadores a buscar nuevos métodos para medir el tiempo con mayor precisión. [139]

Mejoras en el reloj de péndulo del siglo XIX.

Entre 1794 y 1795, a raíz de la Revolución Francesa , el gobierno francés ordenó el uso del tiempo decimal , con un día dividido en 10 horas de 100 minutos cada una. Un reloj en el Palais des Tuileries mantuvo la hora decimal hasta 1801. [140]

La precisión de los relojes de péndulo se incrementó aún más con la invención de Invar, una aleación con un coeficiente de expansión térmica muy pequeño , producida por primera vez por el científico suizo Charles Édouard Guillaume en 1895. [136]

El cronómetro marino

Cronómetro H5 de John Harrison

Después del desastre naval de Scilly de 1707, donde cuatro barcos encalló debido a errores de navegación, el gobierno británico ofreció un premio de £ 20,000, equivalente a millones de libras en la actualidad, para cualquiera que pudiera determinar la longitud dentro de los 50 kilómetros (31 millas) en un latitud al norte del ecuador. [141] La posición de un barco en el mar podría determinarse dentro de los 100 kilómetros (62 millas) si un navegante pudiera referirse a un reloj que perdió o ganó menos de unos seis segundos por día. [142] Las propuestas fueron examinadas por una Junta de Longitud recién creada . [143] Entre las muchas personas que intentaron reclamar el premio se encontraba YorkshireEl relojero Jeremy Thacker, que utilizó por primera vez el término cronómetro en un panfleto publicado en 1714. [144] Huygens construyó el primer reloj de mar, que fue diseñado para permanecer horizontal a bordo de un barco en movimiento, pero que dejaba de funcionar si el barco se movía repentinamente. [144]

En 1715, a la edad de 22 años, el carpintero y relojero autodidacta de Yorkshire John Harrison había utilizado sus habilidades de carpintería para construir un reloj de madera de ocho días. [145] Sus relojes tenían innovaciones que incluían el uso de piezas de madera para eliminar la necesidad de lubricación (y limpieza) adicional, rodillos para reducir la fricción, un nuevo tipo de escape y el uso de dos metales diferentes para reducir el problema de expansión. causado por la variación de temperatura. [146] Viajó a Londres para buscar ayuda de la Junta de Longitud para hacer un reloj de mar. Fue enviado a visitar al respetado relojero George Graham., quien ayudó a Harrison al hacer arreglos para financiar su trabajo para construir un reloj. Después de 30 años, se construyó su dispositivo, ahora llamado "H1" y en 1836 se probó en el mar. Harrison luego pasó a diseñar y hacer otros dos relojes marinos, "H2" (completado alrededor de 1739) y "H3", los cuales estaban listos en 1755. [147] [148]

Harrison fabricó dos relojes, "H4" y "H5". Eric Bruton, en su libro The History of Clocks and Watches , ha descrito al H4 como "probablemente el cronometrador más notable jamás creado". [149] Después de completar sus pruebas en el mar durante el invierno de 1761-1762, se descubrió que era tres veces más preciso de lo necesario para que Harrison fuera galardonado con el premio Longitude. [150] [151]

Relojes electricos

Uno de los primeros relojes electromagnéticos de Alexander Bain , de la década de 1840

En 1815, el prolífico inventor inglés Francis Ronalds produjo el precursor del reloj eléctrico , el reloj electrostático . Se alimentaba con pilas secas , una batería de alto voltaje con una vida útil extremadamente larga pero con el inconveniente de que sus propiedades eléctricas variaban según la temperatura y la humedad del aire . Experimentó con formas de regular la electricidad y sus dispositivos mejorados demostraron ser más confiables. [152]

En 1840, el fabricante escocés de relojes e instrumentos Alexander Bain , utilizó por primera vez la electricidad para mantener el movimiento de un reloj de péndulo, por lo que se le puede atribuir la invención del reloj eléctrico. [153] El 11 de enero de 1841, Bain y el fabricante de cronómetros John Barwise sacaron una patente que describía un reloj con péndulo electromagnético . El científico inglés Charles Wheatstone , a quien Bain se reunió en Londres para discutir sus ideas para un reloj eléctrico, produjo su propia versión del reloj en noviembre de 1840, pero Bain ganó una batalla legal para establecerse como inventor. [154] [155]

En 1857, el físico francés Jules Lissajous mostró cómo se puede utilizar una corriente eléctrica para hacer vibrar un diapasón de forma indefinida, y fue probablemente el primero en utilizar la invención como método para medir con precisión la frecuencia. [156] Las propiedades piezoeléctricas del cuarzo cristalino fueron descubiertas por los hermanos físicos franceses Jacques y Pierre Curie en 1880. [157]

Los relojes de péndulo más precisos se controlaban eléctricamente. [158] El reloj Shortt-Synchronome , un reloj de péndulo eléctrico diseñado en 1921, fue el primer reloj en ser un cronometrador más preciso que la Tierra misma. [159]

Una sucesión de innovaciones y descubrimientos condujo a la invención del temporizador de cuarzo moderno. El oscilador de tubo de vacío fue inventado en 1912. [160] El físico británico William Eccles utilizó por primera vez un oscilador eléctrico para sostener el movimiento de un diapasón en 1919; [161] Este logro eliminó gran parte de la amortiguación asociada con los dispositivos mecánicos y maximizó la estabilidad de la frecuencia de vibración. [161] El primer oscilador de cristal de cuarzo fue construido por el ingeniero estadounidense Walter G. Cady en 1921, y en octubre de 1927 Joseph Horton y Warren Marrison describieron el primer reloj de cuarzo .en Bell Telephone Laboratories . [162] [nota 8] Las décadas siguientes vieron el desarrollo de los relojes de cuarzo como dispositivos de medición de tiempo de precisión en entornos de laboratorio; la electrónica de conteo voluminosa y delicada, construida con tubos de vacío , limitó su uso práctico en otros lugares. En 1932, se desarrolló un reloj de cuarzo capaz de medir pequeñas variaciones semanales en la velocidad de rotación de la Tierra. [164] Su estabilidad y precisión física y química inherentes ha dado como resultado la posterior proliferación de dispositivos de cuarzo, y desde la década de 1940 han formado la base para mediciones de precisión de tiempo y frecuencia en todo el mundo. [165]

Desarrollo del reloj

Artículo principal: Historia de los relojes.
(arriba) Una ilustración de un resorte de equilibrio Huygens unido a una rueda de equilibrio ; (abajo) Un reloj de primavera de equilibrio temprano por Thomas Tompion

Los primeros relojes de pulsera se fabricaron en el siglo XVI. Isabel I de Inglaterra hizo un inventario en 1572 de los relojes que adquirió, todos los cuales se consideraron parte de su colección de joyas. [166] Los primeros relojes de bolsillo eran inexactos, ya que su tamaño les impedía tener partes móviles suficientemente bien hechas. [167] Los relojes sin adornos comenzaron a aparecer en c. 1625. [168]

Los diales que mostraban minutos y segundos se volvieron comunes después del aumento en la precisión hecho posible por el resorte de equilibrio (o espiral). [109] Inventado por separado en 1675 por Huygens y Hooke, permitió que las oscilaciones del volante tuvieran una frecuencia fija . [169] La invención dio como resultado un gran avance en la precisión del reloj mecánico , de aproximadamente media hora a unos pocos minutos por día. [170]Queda cierta controversia sobre si el resorte de equilibrio fue inventado por primera vez por Huygens o por Hooke; Ambos científicos afirmaron haber ideado primero la idea del resorte de equilibrio. El diseño de Huygens para el resorte de equilibrio es el tipo utilizado en prácticamente todos los relojes hasta el día de hoy. [170]

Thomas Tompion fue uno de los primeros relojeros en reconocer el potencial del resorte de equilibrio y utilizarlo con éxito en sus relojes de bolsillo; [171] La precisión mejorada permitió que los relojes funcionaran tan bien como se usan hoy en día, como un segundero para agregar a la esfera , un desarrollo que ocurrió durante la década de 1690. [172] El minutero concéntrico fue una invención anterior, pero Quare ideó un mecanismo que permitía que las manecillas se accionaran juntas. [173] A Nicolas Fatio de Duillier , un filósofo natural suizo , se le atribuye el diseño de los primeros cojinetes de joyas en relojes en 1704. [174]

Otros notables horólogos ingleses del siglo XVIII incluyen a John Arnold y Thomas Earnshaw , quienes dedicaron sus carreras a la construcción de cronómetros de alta calidad y los llamados 'relojes de cubierta', versiones más pequeñas del cronómetro que podían guardarse en un bolsillo. [175]

Uso militar del reloj

Los relojes se usaron durante la guerra franco-prusiana (1870–1871) y, en la época de la guerra de los bóers (1899–1902), se los reconoció como una herramienta valiosa. [176] Los primeros modelos eran esencialmente relojes de bolsillo estándar ajustados a una correa de cuero, pero, a principios del siglo XX, los fabricantes comenzaron a producir relojes de pulsera especialmente diseñados. En 1904, Alberto Santos-Dumont , uno de los primeros aviadores, le pidió a su amigo el relojero francés Louis Cartier que diseñara un reloj que pudiera ser útil durante sus vuelos. [177]

Durante la Primera Guerra Mundial , los oficiales de artillería utilizaron relojes de pulsera . [178] El llamado reloj de trinchera , o 'muñequeras', era práctico, ya que liberaba una mano que normalmente se usaría para operar un reloj de bolsillo y se convirtió en equipo estándar. [179] [180] Las demandas de la guerra de trincheras significaban que los soldados necesitaban proteger el cristal de sus relojes, y a veces se usaba un guardia en forma de jaula con bisagras. [180] La protección fue diseñada para permitir que los números se leyeran fácilmente, pero oscurecía las manos, un problema que se resolvió después de la introducción del plexiglás resistente a roturas en la década de 1930. [180]Antes del advenimiento de su uso militar, el reloj de pulsera generalmente solo lo usaban las mujeres, pero durante la Primera Guerra Mundial se convirtieron en símbolos de masculinidad y valentía. [180]

Relojes modernos

Relojes de cuarzo sin el fondo de la caja. Las flechas apuntan a los resonadores de cristal, que marcan el tiempo.

En 1969, Seiko produjo el primer reloj de pulsera de cuarzo del mundo, el Astron . [181]

Relojes atómicos

Los relojes atómicos son los dispositivos de cronometraje más precisos en uso práctico en la actualidad. Con una precisión de unos pocos segundos durante muchos miles de años, se utilizan para calibrar otros relojes e instrumentos de cronometraje. [182] La Oficina Nacional de Estándares (ahora NIST ) cambió la forma en que basaba el estándar de tiempo de los Estados Unidos de relojes de cuarzo a relojes atómicos en la década de 1960. [183]

Louis Essen ( derecha ) y Jack Parry junto al primer reloj atómico de cesio -133 del mundo

La idea de usar transiciones atómicas para medir el tiempo fue sugerida por primera vez por el científico británico Lord Kelvin en 1879, [184] aunque fue solo en la década de 1930 con el desarrollo de la resonancia magnética que hubo un método práctico para medir el tiempo de esta manera. [185] Un prototipo de dispositivo máser de amoníaco fue construido en 1948 en la Oficina Nacional de Estándares de los Estados Unidos (NBS, ahora Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST)). Aunque era menos preciso que los relojes de cuarzo existentes, sirvió para demostrar el concepto. [186]

El primer reloj atómico preciso, un estándar de cesio basado en una cierta transición del átomo de cesio-133 , fue construido por el físico inglés Louis Essen en 1955 en el Laboratorio Nacional de Física de Londres. [187] El reloj se calibró mediante el uso de la escala de tiempo astronómico efemérides (ET). [188]

El Sistema Internacional de Unidades (SI) estandarizó su unidad de tiempo, la segunda, sobre las propiedades del cesio en 1967. [186] El SI define la segunda como 9.192.631.770 ciclos de radiación que corresponde a la transición entre dos niveles de energía de espín de electrones. del estado fundamental del átomo de 133 Cs. [189] El reloj atómico de cesio mantenido por NIST tiene una precisión de 30 mil millonésimas de segundo por año. [186] Los relojes atómicos han empleado otros elementos, como hidrógeno y rubidio.vapor, ofreciendo mayor estabilidad — en el caso de los relojes de hidrógeno — y menor tamaño, menor consumo de energía y, por lo tanto, menor costo (en el caso de los relojes de rubidio). [186]

Ver también

  • Historia de los dispositivos de cronometraje en Egipto
  • Sincronización de reloj
  • Hora universal coordinada (UTC)
  • Péndulo de segundos
  • Metrología de tiempo
  • Estándar de tiempo
  • Crisis del cuarzo
  • Relojería
  • Relojería

Notas

  1. ↑ El inventor del reloj de cuarzo , Warren Marrison , señaló que el reloj de sol no es un dispositivo de cronometraje, ya que sólo podría "en el mejor de los casos mantener la hora solar local". [7]
  2. ↑ Un verso de Plauto ( c.  254  - 184 aC) muestra que los relojes de sol eran familiares para los romanos: [18] [19]

    ¡Los dioses confunden al hombre que descubrió por primera vez
      cómo distinguir las horas! Confundidlo también,
    que en este lugar instaló un reloj de sol,
      para cortar y cortar mis días tan miserablemente
    en pequeñas porciones. Cuando era niño,
      mi vientre era mi reloj de sol: uno más seguro, más
    verdadero y más exacto que cualquier otro. de ellos.
      Este dial me dijo cuándo era el momento adecuado
    para ir a cenar, cuándo tenía algo para comer ...
      Pero ahora, incluso cuando lo he hecho,
    no puedo caer, a menos que el sol me dé permiso.
      La ciudad está tan llena de estos diales confundidos,
    La mayor parte de sus habitantes
      Encogidos de hambre, se arrastran por las calles.

  3. ^ Tampoco es posible que ningún reloj siga el juicio de la astronomía con total precisión. Sin embargo, los relojeros están tratando de hacer una rueda que haga una revolución completa por cada uno de los círculos equinocciales, pero no pueden perfeccionar su trabajo. ( Latín : Nec est hoc possibile, quod aliquod horologium sequatur omnino iudicium astronomie secundum veritatem. Conantur tamen artifices horologiorum facere circulum unum qui omnino moveatur secundum motum circuli equinoctialis, sed non possunt omnino complere qui valde et valeret plus quam astrolabium quantum ad horas capiendas vel aliud instrumentum astronomie, si quis hoc sciret facere secundum modum antedictum. ) [83]
  4. ↑ El trabajo de Giovanni de Dondi se ha replicado basándose en los diseños. Su reloj era una construcción de siete caras con 107 partes móviles, que mostraba las posiciones del Sol, la Luna y cinco planetas, así como los días festivos religiosos. Su reloj ha inspirado varias réplicas modernas, incluidas algunas en el Museo de Ciencias de Londres y la Institución Smithsonian . [101] [92]
  5. ↑ Elmecanismooriginal decronometraje de borde y foliot del reloj de la catedral de Salisbury se perdió, ya que se convirtió en un péndulo , que fue reemplazado por una réplica de borde en 1956. No tiene esfera, ya que su propósito era tocar una campana. [103] Las ruedas y los engranajes están montados en unmarco de hierro de 1,2 metros (3,9 pies), que se sujeta con clavijas y clavijas de metal. Dos piedras grandes suministran la energía y hacen que las cuerdas se desenrollen de los barriles de madera. Los barriles impulsan la rueda principal (regulada por el escape), el mecanismo de golpe y el freno de aire. [103]
  6. ↑ El reloj se convirtió en un escape de péndulo y ancla en el siglo XVII y se instaló en el Museo de Ciencias de Londres en 1884, donde sigue funcionando. [105]
  7. ^ Los relojes impulsados ​​por armónicos dependen de alguna forma de deformación desde una posición de equilibrio; las oscilaciones resultantes tienen una amplitud máxima cuando reciben energía a una frecuencia cercana a su frecuencia natural no amortiguada. Los principales ejemplos de estos osciladores armónicos utilizados para mantener el tiempo son: elcircuito de resonancia eléctrica ; el péndulo de gravedad; el oscilador de cristal de cuarzoy el diapasón ; el resorte de equilibrio ; el resorte de torsión ; y el péndulo vertical . [119]
  8. ^ Los resonadores de cuarzo pueden vibrar con una amplitud muy pequeñaque se puede controlar con precisión, propiedades que les permiten tener un grado notable de estabilidad de frecuencia . [163]

Notas al pie

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enlaces externos

  • Calculadora de la ciencia de la relatividad - Pregunta filosófica: ¿son los relojes y el tiempo separables?
  • Descubrimientos antiguos, ciencia islámica, parte 4, clip de la historia Repetición de invenciones islámicas que mantienen el tiempo (YouTube).

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