RELOJ

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.

También llamada clepsidra, funcionaba con el mismo principio que el reloj de arena, pero con la caída del agua.
Bastaba con medir la cantidad de agua vertida en el recipiente de abajo para saber la hora. Su ventaja sobre el cuadrante solar: ¡También funcionaba de noche!

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 es un instrumento mecánico que sirve para medir un determinado periodo de tiempo. Tiene dos receptáculos de vidrio conectados permitiendo un flujo regulado de material, normalmente arena fina, desde la parte superior a la parte inferior, hasta que termina de hacerlo, y solo requiere de la energía potencial de la gravedad para su funcionamiento.

Una vez que el contenedor superior está vacío, puede ser invertido para empezar a cronometrar de nuevo. Factores que influyen en el tiempo medido incluyen la cantidad y calidad de arena, el tamaño de los contenedores y la anchura del cuello.
Cabe mencionar que la duración depende de la cantidad y la medida que tenga el orificio.

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”.

El matemático italiano Galileo Galilei (1564-1642) dio a conocer su famoso estudio del movimiento del 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

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.

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.

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.

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.