La Historia del Reloj y la medición del tiempo

A lo largo de la historia del reloj, el hombre ha desarrollado numerosos instrumentos para medir el tiempo; el reloj de agua, el de sol, el de arena son sólo algunos ejemplos de ellos. A continuación veremos cuales fueron las técnicas y los tipos de relojes más importantes junto con su evolución.

La historia del Reloj Portada


El hombre advierte el paso del tiempo gracias a acontecimientos perceptibles. Así por ejemplo, nosotros tenemos conciencia del comienzo de la lectura de este artículo al iniciar la primera oración, y del momento en que lo concluimos: entre ambos instantes enfrascados en la lectura no advertimos otros acontecimientos, y decimos simplemente que ha transcurrido un intervalo de tiempo. Pero si cuando lleváramos leída la mitad de la página sonara un timbre, apreciaríamos ya dos distintos intervalos temporales: el transcurrido entre el comienzo de la lectura y el sonido del timbre, y el correspondiente a partir de ese evento sonoro, y el final de la lectura citada.

Cómo medimos el tiempo?

Ya desde la lejana prehistoria se observó y utilizó para la medida del tiempo fenómenos naturales, como las fases lunares movimientos de flujo y de reflujo de las mareas y aparente rotación de las constelaciones en el firmamento estrellado. Aún hoy, los científicos utilizan ciertos hechos naturales para medir el tiempo con precisión.

Los primeros intentos de medir el tiempo, se basaron en los movimientos de los astros, la Tierra, la Luna, el Sol, y las Estrellas. Inicialmente, se supuso que la Tierra se encontraba inmóvil en el espacio, y que el resto de los cuerpos celestes giraba a su alrededor. Hoy sabemos que esta suposición no es correcta.

Las unidades astronómicas fundamentales de Tiempo son:

  • el día, tiempo que tarda la Tierra en efectuar una rotación alrededor de su eje,
  • el año, tiempo invertido por la Tierra en recorrer su órbita alrededor del Sol y
  • el mes, que es el tiempo requerido por la Luna para describir una órbita alrededor del sol

La velocidad de la Tierra al recorrer su órbita elíptica alrededor del Sol, varía según su posición, siendo más rápida cuando esta más próxima al Sol, y más lenta a medida que aumenta la distancia entre ambos. Por esta razón, la distancia orbital recorrida por la Tierra mientras se completa una rotación, varía a lo largo del año, lo que ocasiona que la duración del día solar no sea constante.

El promedio del día solar a lo largo del año, se denomina día solar medio y el tiempo así medido, tiempo medio.

Porqué existe el año bisiesto?

Como ya hemos dicho, el año es el intervalo de tiempo necesario para que la Tierra describa una órbita alrededor del Sol, y es equivalente a 365,2422 días, o sea 365 días, 5 horas 48 minutos y 48 segundos, (esto es, días solares medios o días de reloj). A efectos prácticos se toma un año como 365 días exactos, efectuándose una corrección cada cuatro años (año bisiesto), que consiste en aumentar en un día la duración del mes de febrero.

De esta forma, la corrección resulta excesiva y para compensar se suprime un año bisiesto cada 100 años, al cambiar el siglo. Un ajuste final se realiza manteniendo el carácter bisiesto del año en los múltiplos de 400, y así por ejemplo el año 1900 no fue bisiesto, pero si en cambio el 2000.

La historia del reloj y su evolución

El Reloj de Sol

El primer instrumento del que se tiene noticia para medir el paso del tiempo, hacía uso del movimiento solar. Unos 1000 años a. Jesucristo, los egipcios inventaron un reloj de sol, consistente en una barra indicadora montada transversalmente sobre otra, calibrada en horas.

El dispositivo se instalaba horizontalmente, con la barra encarada hacia el Sol, al Este por la mañana y al Oeste por la tarde. La lectura del tiempo se realizaba por la posición de la sombra de la barra indicadora sobre la calibrada.

Antiguamente se construyeron varios tipos de relojes de sol. Un modelo simple consistía en una estaca clavada sobre un suelo horizontal, midiéndose el tiempo según la posición y longitud de la sombra proyectada.

Tipos de relojes de sol

Relojes antiguos de sol, a la derecha se ve un menhir, que es básicamente una roca posada verticalmente sobre el terreno, se estima que estos monumentos prehistóricos eran usados para medir el tiempo.

En sistemas posteriores más elaborados, se sustituyó la estaca por una varilla fina (llamada estilo), cuya sombra incidía sobre un cuadrante calibrado. Esta pudo haber sido la función que cumplían ciertos monumentos prehistóricos (menhires). En su versión más moderna, el “estilo” adopta la forma de placa triangular que, para medidas precisas, debe formar un ángulo con la horizontal igual a la latitud del punto de emplazamiento, y estar exactamente alineado sobre la dirección Norte-Sur. En estas condiciones, a las doce horas (mediodía), el “estilo” no producirá sombra alguna.

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El Reloj de Agua

En la antigüedad se emplearon varios dispositivos para la medida del tiempo; entre ellos se encuentra el reloj de agua, donde la medida se efectúa por la velocidad de vaciado de un recipiente lleno de este líquido, a través de un pequeño orificio.

 

Reloj de agua egipcio

El reloj de agua egipcio de modelo más simple, basado en el descenso de nivel de agua contenida en un cuenco, que fluye a través de un orificio en la base. El paso del tiempo puede medirse por la altura del nivel de líquido en el recipiente.

La lectura puede hacerse siguiendo la posición del nivel del agua sobre una escala dibujada en la vasija, o utilizar un flotador, que bien acciona directamente un indicador, o gobierna el movimiento de una manecilla mediante un sistema de ruedas dentadas. Según estos principios, ya en la Grecia clásica se construyó un gran reloj de agua que recibió el nombre de Clepsidra.

Reloj de agua Chino

Reloj de rueda de paletas accionado por agua, construido por artífices chinos en el año 1092. El modelo de la fotografía es una reconstrucción del modelo primitivo.

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El Reloj de Bujía

Otro fenómeno utilizado por el hombre para la medida del tiempo, es la combustión. En el reloj de bujía, cuya invención se asigna tradicionalmente a Alfredo el Grande, una vela de longitud conveniente y diámetro constante se calibraba en unidades de tiempo mediante bandas alternativamente coloreadas pintadas en su exterior. Un fanal protegía la llama de corrientes de aire.

Si se conoce el tiempo necesario para que un reloj de bujía se consuma entre dos de las marcas, el dispositivo puede usarse como reloj. Una ampliación de la misma idea, consiste en utilizar una lampara de aceite, cuyo receptáculo transparente va provisto de una escala calibrada, de tal suerte que se puede medir el tiempo por la variación de la altura del nivel de aceite.

El Reloj de Arena

Los relojes de arena se basan en un principio análogo al de los relojes de agua, pero son menos engorrosos que los relojes de líquido. Además, los de agua tienen el inconveniente de la congelación en tiempo frío.

 

Reloj de arena artesanal

Reloj de arena artesanal

Los relojes de arena están construidos, por regla general, de forma que se puede medir en ellos un tiempo total de una hora, sobre una escala dividida en cuartos.

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El Reloj Mecánico

Un avance decisivo en la medida del tiempo fue la invención de los relojes mecánicos, cuyos primeros modelos fueron accionados por pesas, suspendidas de un hilo cuyo extremo opuesto se arrolla alrededor de un eje, al cual hacen girar en su descenso. Este movimiento se trasmite a las manecillas a través de un tren de ruedas dentadas.

Ahora bien, un reloj construido según este principio simple, sería de mantenimiento engorroso, pues requeriría rebobinar frecuentemente el hilo sobre el eje. Se hace, pues, precisa la acción de un sistema regulador del descenso de las pesas, que en su versión más primitiva estaba formado por una rueda dentada, de rotación, controlada por un balancín. El conjunto del dispositivo recibe el nombre de “escape”.

Funcionamiento interno del reloj mecánico

Funcionamiento interno del reloj mecánico

La rueda de escape y el regulador de balancín fueron utilizadas a finales del siglo XII, y el sistema siguió en uso en los relojes de pesas, hasta que el matemático italiano Galileo Galilei (1564-1642) dio a conocer su famoso estudio del movimiento del péndulo.

Relojes de Péndulo

Fue C. Huygens, científico holandés, el primero en construir un modelo práctico de reloj de péndulo, en el año 1657.

En el mecanismo de escape, un sistema de dos trinquetes bloquea y libera alternativamente a la rueda de escape (rueda catalina), de la misma forma que hemos visto ya en el escape de balancín, con la diferencia de que en este caso, la rueda catalina va montada verticalmente y el movimiento de los trinquetes esta controlado por la oscilación del péndulo.

Reloj mecánico de péndulo

Reloj mecánico de péndulo

En 1670, el científico inglés R. Hooke inventa el escape de áncora (ancla) para el reloj de péndulo, sistema que se usa aún. En este mecanismo el péndulo oscila solitario al áncora, pieza terminada por dos uñas que alternativamente bloquean y liberan la rueda Catalina. El escape de áncora fue mejorado por otro inglés G. Grahan, quien introdujo el sistema de “pulsación silenciosa”, en 1715.

Reloj mecánico de péndulo con uña

Reloj mecánico de péndulo con uña

Mientras se perfeccionaba la mecánica de los relojes de pesas, los técnicos se fueron paulatinamente interesando por la posibilidad de utilizar la acción de un resorte tensado como órgano motor de los relojes. El principio de funcionamiento se basa en la fuerza ejercida por un resorte, que se trasmite a través de un cable, cuyo extremo opuesto se encuentra arrollado alrededor del eje principal del reloj. El primer problema que aquí se plantea, es consecuencia de que la fuerza que ejerce un resorte depende de su grado de tensión, aumentando con este. La dificultad fue soslayada mediante un artificio llamado “huso”.

Reloj mecánico con resorte

Reloj mecánico con resorte

La acción compensadora del huso se basa en que la fuerza del resorte (muelle real ) ejercida sobre el eje principal, aumente en la misma proporción que disminuye la tensión del muelle real, y para ello, el cable de trasmisión se arrolla en el eje principal sobre un tambor cónico en vez de cilíndrico, en cuya superficie va tallada una garganta en espiral, de tal manera que la máxima tensión se ejerce sobre la parte de menor diámetro del huso, y la mínima, correspondiente a un resorte poco tensado, sobre la zona de mayor diámetro.

Para regular la marcha de estos relojes, se utiliza el sistema llamado de resorte espiral, sobre cuyo inventor tampoco se han puesto de acuerdo los historiadores, pues unos lo atribuyen a Huygens (1674) y otros a Hooke (1675). Dicho resorte, que sustituye al péndulo en la función de regular el avance escalonado de la rueda catalina, va montado sobre un eje, y solidario al volante, por lo que este puede oscilar a derecha e izquierda solicitado por la espiral, regulando el movimiento de la horquilla, terminada en dos uñas, que se acoplan alternativamente sobre los dientes de la rueda catalina. El regulador de resorte espiral trabaja de manera análoga al escape de ancora anteriormente descrito, y su empleo en relojería esta muy difundido.

Los perfeccionamientos progresivos de la técnica, dieron lugar a la construcción de relojes de exactitud progresivamente creciente.

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El desarrollo del cronómetro

La culminación de esta tendencia viene marcada por el desarrollo del cronómetro, realizado por dos investigadores ingleses: J. Harrison, quien trabajó sobre este asunto entre los años 1735 y 1773 y T. Earnsaw (1782).

La exactitud del cronómetro dio lugar a una aplicación esencial en las técnicas de navegación, en la determinación de las coordenadas de un barco, mediante la medida simultanea de la latitud, por observaciones del Sol y las estrellas; y la longitud, mediante la lectura del tiempo de referencia (tiempo del meridiano de Greenwich) en el cronómetro de a bordo, y la medida del tiempo local mediante observación astronómica, teniendo en cuenta que cada 15 grados de longitud equivalen a una diferencia en tiempo de una hora.

Primer cronómetro marino

Primer cronómetro marino, voluminoso instrumento de John Harrison que permitía determinar la longitud del lugar con una precisión de medio grado.

El reloj electrónico

La etapa siguiente en el avance de la historia del reloj viene marcada con la invención del reloj eléctrico.Inicialmente se utilizó la energía eléctrica para mantener la amplitud de oscilación de los relojes de péndulo mediante la acción de electro imanes que se activan periódicamente en los instantes más convenientes a través de interruptores gobernados por el propio péndulo.

El inventor de este sistema fue el escoces A. Bain, que trabajó en colaboración con C. Whetstone, y patentó el primer reloj eléctrico en el año 1841; Bain tuvo además gran incidencia en la historia del Fax ya que es reconocido como el inventor de la primera máquina de fax.

Dos años más tarde, un relojero suizo, M. Hipp, perfeccionó el sistema en el sentido de que únicamente actúan los electro imanes cuando la amplitud de oscilación del péndulo es inferior a un mínimo prefijado, lo que mejora el funcionamiento, al producirse la oscilación con mayor libertad.

En el año 1900, en el reloj de Fery, se utiliza ya el principio de impulsión mediante inducción electromagnética, y finalmente, ya en el año 1921, W. H. Shortt construye un reloj eléctrico de gran perfección, en el que el péndulo oscila prácticamente libre.

A partir del año 1920, la corriente continua de la red es substituida por la alterna, lo que lleva a la idea de utilizar motores síncronos como medios de accionamiento de los relojes.

La constancia de marcha alcanzable con estos motores, esta íntimamente ligada a la estabilidad de la frecuencia de la red, 50 ciclos/seg. en casi todos los países Europeos, y 60 ciclos/seg. en los Estados Unidos. Si se producen variaciones de frecuencia en la red, el reloj alterará la marcha, pero este inconveniente no reviste importancia práctica, ya que las empresas eléctricas suministradoras comprueban y ajustan periódicamente la frecuencia de la red y garantizan que su valor medio coincida con el nominal.

Por otra parte, una ventaja importante es que cualquier reloj sincrónico conectado a la red alterna lleva una marcha idéntica, con lo que indica en todo momento la misma hora.

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El reloj de cuarzo

Hasta el momento los relojes eléctricos convencionales hacían uso de la energía eléctrica para accionar motores o electro imanes pero a finales del año 1920, W. A. Morrison, de la firma americana Bell Telephone, desarrolla un reloj basado en el fenómeno de la piezoelectricidad.

Cuando un cristal de cuarzo (tallado en forma de lámina de caras paralelas a ciertos ejes cristalográficos) sufre una compresión, se origina una corriente eléctrica (piezoeléctrico). Recíprocamente, si aplicamos a las caras de la lámina una tensión eléctrica alterna, el cristal sufrirá una serie de compresiones y dilataciones de muy pequeña amplitud, que siguen las variaciones de la tensión (efecto piezoeléctrico inverso).

En el reloj de cuarzo, un cristal de dimensiones adecuadas oscila con gran estabilidad a la frecuencia de 100 kilociclos/seg. y la bondad de la regulación queda demostrada en que la máxima discrepancia de marcha, es inferior a un segundo durante tres años.

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El reloj atómico

Más recientemente en la historia del reloj, los científicos han utilizado las frecuencias naturales de oscilación de átomos y moléculas como patrones de tiempo, en ciertos tipos de relojes de muy alta precisión.

Así por ejemplo, la molécula de amoniaco está constituida por un átomo de nitrógeno, y tres de hidrógeno, dispuestos en forma de pirámide triangular, en cuyos vértices básicos están situados los átomos de hidrógeno, y en la cúspide el de nitrógeno.

Cuando una masa de gas amoniaco se excita mediante ondas de radar, los átomos de nitrógeno de las moléculas comienzan a oscilar a ambos lados del plano determinado por los tres átomos de hidrógeno, con una frecuencia estable de 24.000 megaciclos/seg. Un reloj basado en este principio, que requirió el concurso de un gran número de sistemas electrónicos asociados, fue construido en el año 1948 por el científico norteamericano H. Lyons.

La precisión de este reloj es muy elevada, ya que se estima que la variación máxima de marcha es menor de un segundo cada 100 años.

En ciertas condiciones, se pueden inducir oscilaciones semejantes a las descritas, en los electrones de ciertos átomos metálicos: estas oscilaciones son las que dan lugar a la emisión de lineas espectrales características, utilizadas en la identificación espectroscópica de metales. Según este principio, se ha construido un reloj basado en la oscilación de átomos de cesio, cuya frecuencia propia es de 9.192 megaciclos/seg. y cuya asombrosa precisión se cifra en una variación máxima de marcha menor de un segundo en varios miles de años.

Además, de las ventajas de su extremada precisión, los relojes moleculares y atómicos presentan la ventaja de la constancia de su marcha, independiente de influencias externas, pues contrariamente al comportamiento de los mejores relojes mecánicos construidos por los más afamados relojeros, estos modernos instrumentos son insensibles a las variaciones de temperatura, gravedad o presión.

Su campo de aplicación se extiende desde el cálculo del instante preciso del lanzamiento y maniobra de satélites artificiales, a la detección de las mas mínimas irregularidades del movimiento de la Tierra.

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El Smartwatch o reloj inteligente

El reloj es un dispositivo que no deja de reinventarse y mejorar; desde hace poco tiempo tenemos disponibles en el mercado los modernos “SmartWatch” o relojes inteligentes.

El smartwatch el ultimo hito en la historia del reloj

El smartwatch el ultimo hito en la historia del reloj

Estos aparatos tienen la forma de un reloj y se usan como relojes pulsera normales pero dentro poseen una potente computadora que nos proporciona una infinidad de funciones, por ejemplo:

  • conexión a Internet,
  • sincronización con nuestro smartphone,
  • el estado del clima
  • y por supuesto, nos proporciona la hora del día.
Reloj Smartwatch mostrando Google Maps

Reloj Smartwatch mostrando Google Maps

Palabras finales sobre la evolución del reloj

Cabe destacar que estos son los principales sistemas de funcionamiento y técnicas usadas en la historia del reloj pero cada tipo de reloj tiene una cantidad increíble de variantes, así como también existen relojes de todos tamaños, materiales y grados de precisión.

No obstante en la industria relojera se facturan miles de millones de dolares anuales, lo que supone una gran demanda. Pero esos datos los dejamos para una futura actualización de este artículo ya que sino sería interminable.

Video sobre la historia del reloj

Para finalizar les dejamos como siempre un video que cuenta de forma breve la historia del reloj. Es muy cortito pero resume bastante bien todo lo que hemos visto en este artículo.

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Referencias

https://es.wikipedia.org/wiki/Categor%C3%ADa:Relojes

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