La historia de los dispositivos para medir el tiempo se remonta a cuando las civilizaciones antiguas observaron por primera vez los cuerpos astronómicos mientras se movían por el cielo. Los dispositivos y métodos para medir el tiempo han mejorado gradualmente a través de una serie de nuevos inventos, comenzando con la medición del tiempo mediante procesos continuos , como el flujo de líquido en los relojes de agua , hasta los relojes mecánicos y, finalmente, los procesos repetitivos y oscilatorios , como el balanceo de los péndulos . Los cronómetros oscilantes se utilizan en los relojes modernos.
Los relojes de sol y de agua se utilizaron por primera vez en el antiguo Egipto alrededor del año 1200 a. C. (o en un período igualmente aceptable antes de Cristo ) y, más tarde, por los babilonios , los griegos y los chinos . Los relojes de incienso se utilizaban en China en el siglo VI. En el período medieval, los relojes de agua islámicos no tenían rival en cuanto a sofisticación hasta mediados del siglo XIV. El reloj de arena , inventado en Europa, era uno de los pocos métodos fiables para medir el tiempo en el mar.
En la Europa medieval, los relojes puramente mecánicos se desarrollaron después de la invención de la alarma de campanas, utilizada para señalar la hora correcta para hacer sonar las campanas monásticas . El reloj mecánico accionado por pesas controlado por la acción de una verge y un foliot fue una síntesis de ideas anteriores de la ciencia europea e islámica. Los relojes mecánicos fueron un gran avance, uno notablemente diseñado y construido por Henry de Vick en c. 1360 , que estableció el diseño básico de relojes para los siguientes 300 años. Se agregaron desarrollos menores, como la invención del resorte real a principios del siglo XV, que permitió que se construyeran relojes pequeños por primera vez.
La siguiente mejora importante en la construcción de relojes, a partir del siglo XVII, fue el descubrimiento de que los relojes podían ser controlados por osciladores armónicos . Leonardo da Vinci había producido los primeros dibujos conocidos de un péndulo en 1493-1494, y en 1582 Galileo Galilei había investigado la oscilación regular del péndulo, descubriendo que la frecuencia solo dependía de la longitud, no del peso. El reloj de péndulo , diseñado y construido por el erudito holandés Christiaan Huygens en 1656, era mucho más preciso que otros tipos de cronometradores mecánicos que pocos mecanismos de verge y foliot han sobrevivido. Otras innovaciones en el cronometraje durante este período incluyen inventos para relojes de sonería, el reloj de repetición y el escape de batería muerta .
Los factores de error en los primeros relojes de péndulo incluían la variación de temperatura, un problema abordado durante el siglo XVIII por los relojeros ingleses John Harrison y George Graham . Tras el desastre naval de Scilly de 1707 , tras el cual los gobiernos ofrecieron un premio a quien pudiera descubrir una forma de determinar la longitud, Harrison construyó una sucesión de relojes precisos, introduciendo el término cronómetro . El reloj eléctrico, inventado en 1840, se utilizó para controlar los relojes de péndulo más precisos hasta la década de 1940, cuando los temporizadores de cuarzo se convirtieron en la base para la medición precisa del tiempo y la frecuencia.
El reloj de pulsera , que había sido reconocido como una valiosa herramienta militar durante la Guerra de los Bóers , se hizo popular después de la Primera Guerra Mundial, en variantes que incluían modelos no magnéticos, con pilas y con energía solar, además de cuarzo, transistores y piezas de plástico. Desde principios de la década de 2010, los teléfonos inteligentes y los relojes inteligentes se han convertido en los dispositivos de cronometraje más comunes.
Los dispositivos de cronometraje más precisos que se utilizan en la práctica hoy en día son los relojes atómicos , que pueden tener una precisión de unas pocas milmillonésimas de segundo por año y se utilizan para calibrar otros relojes e instrumentos de cronometraje.
Las civilizaciones antiguas observaban los cuerpos astronómicos , a menudo el Sol y la Luna , para determinar el tiempo. [1] Según el historiador Eric Bruton, es probable que Stonehenge haya sido el equivalente de la Edad de Piedra de un observatorio astronómico , utilizado para eventos estacionales y anuales como equinoccios o solsticios . [2] Como las civilizaciones megalíticas no dejaron una historia registrada, se sabe poco de sus métodos de medición del tiempo. [3] El monumento del calendario de Warren Field se considera actualmente el calendario lunisolar más antiguo encontrado hasta ahora.
Los mesoamericanos modificaron su sistema habitual de conteo vigesimal (base 20) cuando trabajaban con calendarios para producir un año de 360 días. [4] Los aborígenes australianos entendían bien el movimiento de los objetos en el cielo y usaban su conocimiento para construir calendarios y ayudar a la navegación; la mayoría de las culturas aborígenes tenían estaciones que estaban bien definidas y determinadas por cambios naturales a lo largo del año, incluidos los eventos celestiales. Las fases lunares se usaban para marcar períodos de tiempo más cortos; los yaraldi de Australia del Sur eran una de las pocas personas registradas que tenían una forma de medir el tiempo durante el día, que se dividía en siete partes utilizando la posición del Sol. [5]
Todos los cronometradores anteriores al siglo XIII dependían de métodos que utilizaban algo que se movía continuamente. Ningún método antiguo de medir el tiempo cambiaba a un ritmo constante. [6] Los dispositivos y métodos para medir el tiempo han mejorado continuamente a través de una larga serie de nuevos inventos e ideas. [7]
Los primeros dispositivos utilizados para medir la posición del Sol fueron los relojes de sombra , que más tarde se convirtieron en el reloj de sol . [8] [nota 1] El reloj de sol más antiguo conocido data de alrededor del año 1200 a. C. (durante la XIX Dinastía ), y fue descubierto en el Valle de los Reyes en 2013. [9] [10] Los obeliscos podían indicar si era de mañana o de tarde, así como los solsticios de verano e invierno . [11] Una especie de reloj de sombra se desarrolló alrededor del año 500 a . C. que tenía una forma similar a una escuadra doblada . Medía el paso del tiempo por la sombra proyectada por su travesaño, y estaba orientado hacia el este por las mañanas y se giraba al mediodía, por lo que podía proyectar su sombra en la dirección opuesta. [12]
En la Biblia se hace referencia a un reloj de sol en 2 Reyes 20 :9-11, cuando se registra que Ezequías , rey de Judea durante el siglo VIII a. C., fue sanado por el profeta Isaías y le pidió una señal de que se recuperaría: [13]
Y dijo Isaías: Esta será tu señal de parte de Jehová, de que Jehová hará lo que ha dicho: ¿Avanzará la sombra diez grados, o retrocederá diez grados? Y Ezequías respondió: Poco es que la sombra descienda diez grados; no, que la sombra vuelva diez grados atrás. Entonces el profeta Isaías clamó a Jehová, e hizo retroceder la sombra diez grados, los cuales había descendido en el reloj de Acaz.
Una tablilla de arcilla del período babilónico tardío describe las longitudes de las sombras en diferentes momentos del año. [14] Los griegos atribuyen al escritor babilónico Beroso ( siglo III a. C. ) la invención de un reloj solar hemisférico ahuecado en piedra; la trayectoria de la sombra se dividía en 12 partes para marcar el tiempo. [15] Los relojes solares griegos evolucionaron hasta volverse muy sofisticados: el Analema 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 latitud geográfica . [16] [nota 2]
Los romanos heredaron el reloj de sol de los griegos. [19] El primer reloj de sol que llegó a Roma en el año 264 a. C. fue robado de Catania, en Sicilia . Este reloj de sol ofrecía la innovación de las horas del "horologium" a lo largo del día, mientras que antes los romanos simplemente dividían el día en la madrugada y la mañana ( mane y ante merididiem). [20] Aun así, hubo desafíos astronómicos inesperados; este reloj dio la hora incorrecta durante un siglo. Este error se advirtió recién en el año 164 a. C., cuando el censor romano vino a verificarlo y ajustó la latitud apropiada. [21] [20]
Según el historiador alemán de 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 alrededor de 1400 ; una teoría alternativa propone que un reloj de sol de Damasco que medía en tiempo polar puede datarse en 1372. [22] Los tratados europeos sobre el diseño de relojes de sol aparecieron alrededor de 1500. [23]
Un método egipcio para determinar el tiempo durante la noche, utilizado al menos desde el año 600 a. C., era un tipo de plomada llamada merkhet . Se creaba un meridiano norte-sur utilizando dos merkhets alineados con Polaris , la estrella del polo norte . El tiempo se determinaba observando determinadas estrellas a medida que cruzaban el meridiano. [24]
El Jantar Mantar de Jaipur , construido en 1727 por Jai Singh II, incluye el Vrihat Samrat Yantra, un reloj de sol de 27 metros de altura . [25] Puede indicar la hora local con una precisión de unos dos segundos. [26]
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 dinastía XVIII ( c. 1500 a. C.) llamado Amenemhet, quien es identificado como su inventor. [27] Se supone que el objeto descrito en la inscripción es un cuenco con marcas para indicar la hora. [28] El reloj de agua más antiguo que sobrevive se encontró en la tumba del faraón Amenhotep III ( c. 1417-1379 a. C.). [29] No existen ejemplos reconocidos de relojes de agua con flujo saliente de la antigua Mesopotamia , pero han sobrevivido referencias escritas. [14]
La introducción del reloj de agua en China , tal vez desde Mesopotamia, se produjo ya en el segundo milenio a. C., durante la dinastía Shang , y a más tardar en el primer milenio a. C. Alrededor del año 550 d. C., Yin Kui (殷蘷) fue el primero en China en escribir sobre el tanque de desbordamiento o de nivel constante en su libro "Lou ke fa (漏刻法)". Alrededor del año 610, dos inventores de la dinastía Sui , Geng Xun (耿詢) y Yuwen Kai (宇文愷), crearon la primera clepsidra de equilibrio, con posiciones estándar para la balanza romana . [30] En el año 721, el matemático Yi Xing y el funcionario del gobierno Liang Lingzan regularon la potencia del agua que impulsaba un reloj astronómico , dividiendo la potencia en impulsos unitarios para que se pudiera duplicar el movimiento de los planetas y las estrellas. [31] En 976, el astrónomo de la dinastía Song, Zhang Sixun, abordó el problema del congelamiento del agua de las clepsidras en climas fríos al reemplazarla con mercurio líquido . [32] El erudito Su Song construyó una torre de reloj astronómico impulsada por agua en 1088, [33] que contaba con el primer mecanismo de transmisión de energía por cadena sin fin conocido . [34]
Los filósofos griegos Anaxágoras y Empédocles hicieron referencia a relojes de agua que se utilizaban para imponer límites de tiempo o medir el paso del tiempo. [35] [36] Se supone que el filósofo ateniense Platón inventó un reloj despertador que utilizaba bolas de plomo que caían ruidosamente sobre un plato de cobre para despertar a sus estudiantes. [37]
Un problema con la mayoría de las clepsidras era la variación en el flujo de agua debido al cambio en la presión del fluido, que se abordó a partir del año 100 a. C. cuando se le dio una forma cónica al recipiente de agua del reloj. Se volvieron más sofisticadas cuando se incluyeron innovaciones como gongs y mecanismos móviles. [33] Hay evidencia sólida de que la Torre de los Vientos del siglo I a. C. en Atenas alguna vez tuvo un reloj de agua y una veleta, así como los nueve relojes de sol verticales aún visibles en el exterior. [38] En la tradición griega, las clepsidras se usaban en la corte , una práctica adoptada más tarde por los antiguos romanos . [39]
Ibn Khalaf al-Muradi en Al-Andalus medieval describió un reloj de agua que empleaba tanto engranajes segmentarios como epicíclicos . Los relojes de agua islámicos, que utilizaban complejos trenes de engranajes e incluían conjuntos de autómatas , no tuvieron rival en su sofisticación hasta mediados del siglo XIV. [40] [41] Se desarrollaron mecanismos impulsados por líquido (que utilizaban flotadores pesados y un sistema de carga constante) que permitían que los relojes de agua funcionaran a un ritmo más lento. [41] Algunos han argumentado que 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, [42] [ cita requerida ] 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 con una persona que 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 el funcionamiento automático del reloj. Los principios de este tipo de relojes son descritos por el matemático y físico Hero, [43] quien dice que algunos de ellos funcionan con una cadena que hace girar un engranaje en el mecanismo. [44]
El reloj de agua Jayrun del siglo XII en la mezquita de los Omeyas en Damasco fue construido por Muhammad al-Sa'ati, y fue descrito más tarde por su hijo Ridwan ibn al-Sa'ati en su obra Sobre la construcción de relojes y su uso (1203). [45] Un sofisticado reloj astronómico impulsado por agua fue descrito por Al-Jazari en su tratado sobre máquinas, escrito en 1206. [46] Este reloj de castillo tenía aproximadamente 11 pies (3,4 m) de altura. [47] En 1235, un reloj impulsado por agua que "anunciaba las horas señaladas de oración y la hora tanto de día como de noche" se encontraba en el vestíbulo de entrada de la Madrasa Mustansiriya en Bagdad . [48]
Los relojes de incienso se utilizaron por primera vez en China alrededor del siglo VI, [49] principalmente con fines religiosos, pero también para reuniones sociales o por parte de eruditos. [50] [51] Debido a su uso frecuente de caracteres devanagari , el sinólogo estadounidense Edward H. Schafer ha especulado que los relojes de incienso se inventaron en la India. [52] Como el incienso se quema de manera uniforme y sin llama, los relojes eran seguros para su uso en interiores. [53] Para marcar diferentes horas, se usaban inciensos con diferentes aromas (elaborados a partir de diferentes recetas). [54]
Las varillas de incienso utilizadas podían ser rectas o en espiral; las espirales estaban pensadas para largos periodos de uso y a menudo colgaban de los techos de casas y templos. [55] Algunos relojes estaban diseñados para dejar caer pesos a intervalos regulares. [50]
Los relojes con sellos de incienso tenían un disco grabado con una o más ranuras, en las que se colocaba el incienso. [56] La longitud del rastro de incienso, directamente relacionada con el tamaño del sello, era el factor principal para determinar cuánto duraría el reloj; para quemar durante 12 horas se ha estimado un camino de incienso de alrededor de 20 metros (66 pies). [57] La introducción gradual de discos de metal, probablemente a partir de la dinastía Song, permitió a los artesanos crear sellos de diferentes tamaños con mayor facilidad, diseñarlos y decorarlos de forma más estética y variar los caminos de las ranuras para permitir la duración cambiante de los días del año. A medida que se fueron encontrando sellos más pequeños, los relojes con sellos de incienso se hicieron populares y a menudo se regalaban. [58]
En Persia se fabricaron sofisticados astrolabios para medir el tiempo con mecanismos de engranajes. Entre ellos se incluyen los construidos por el erudito Abū Rayhān Bīrūnī en el siglo XI y por el astrónomo Muhammad ibn Abi Bakr al‐Farisi en torno a 1221. [59] [60] Un astrolabio de latón y plata (que también actúa como calendario) fabricado en Isfahán por al‐Farisi es la máquina más antigua que se conserva con sus engranajes todavía intactos. 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. [61]
Los astrónomos musulmanes construyeron una variedad de relojes astronómicos de gran precisión para utilizarlos en sus mezquitas y observatorios , [62] como el reloj astrolábico de Ibn al-Shatir a principios del siglo XIV. [63]
Una de las primeras referencias a un reloj de vela se encuentra en un poema chino , escrito en 520 por You Jianfu, quien escribió que la vela graduada era un medio para determinar el tiempo en la noche. Velas similares se usaron en Japón hasta principios del siglo X. [64]
Los anglosajones atribuyeron la invención del reloj de vela a Alfredo el Grande , rey de Wessex (r. 871-889), que utilizaba seis velas marcadas a intervalos de una pulgada (25 mm), cada una hecha de 12 peniques de cera, y diseñadas para tener 12 centímetros (4,7 pulgadas) de alto y un grosor uniforme. [65]
El inventor musulmán del siglo XII Al-Jazari describió cuatro diseños diferentes para un reloj de vela en su libro Libro del conocimiento de ingeniosos dispositivos mecánicos . [66] [67] Su llamado reloj de vela "escriba" fue inventado para marcar el paso de 14 horas de igual duración: un mecanismo diseñado con precisión hacía que una vela de dimensiones específicas fuera empujada lentamente hacia arriba, lo que hacía que un indicador se moviera a lo largo de una escala.
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 los barcos ya en el siglo XI, cuando habría complementado a la brújula como ayuda para la navegación. La evidencia inequívoca más antigua del uso de un reloj de arena aparece en la pintura Alegoría del buen gobierno , del artista italiano Ambrogio Lorenzetti , de 1338. [68]
El navegante portugués Fernando de Magallanes utilizó 18 relojes de arena en cada barco durante su circunnavegación del globo en 1522. [69] Aunque se utilizó en China, se desconoce la historia del reloj de arena allí, [70] pero no parece haber sido utilizado antes de mediados del siglo XVI, [71] ya que el reloj de arena implica el uso del soplado de vidrio , entonces un arte completamente europeo y occidental. [72]
A partir del siglo XV, los relojes de arena se utilizaron en una amplia gama de aplicaciones en el mar, en las 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 adquirió significados simbólicos, como el de la muerte, la templanza , la oportunidad y el Padre Tiempo , generalmente representado como un anciano barbudo. [73]
La palabra inglesa clock (reloj) 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 se pueda rastrear hasta el latín posclásico clocca ('campana'). Las fuentes irlandesas del siglo VII y germánicas del siglo IX registraron que clock significaba 'campana'. [74]
Tanto el judaísmo como el cristianismo y el islam tenían horarios reservados para la oración, aunque sólo los cristianos debían asistir a las oraciones a horas específicas del día y de la noche, lo que la historiadora Jo Ellen Barnett describe como "una estricta adhesión a las oraciones repetitivas que se decían muchas veces al día". [75] Las alarmas que sonaban con las campanas advertían al monje de turno que debía tocar la campana monástica . Su alarma era un temporizador que utilizaba una especie de escape para hacer sonar una pequeña campana. Este mecanismo fue el precursor del dispositivo de escape que se encuentra en el reloj mecánico. [76] [77]
Las primeras innovaciones para mejorar la precisión del reloj de arena y del reloj de agua se produjeron en el siglo X, cuando se intentó reducir su velocidad de flujo utilizando la fricción o la fuerza de la gravedad. [78] La representación más antigua de un reloj impulsado por un peso colgante proviene de la Biblia de San Luis , un manuscrito iluminado realizado entre 1226 y 1234 que muestra un reloj que se ralentiza mediante la acción del agua sobre una rueda. La ilustración parece mostrar que los relojes impulsados por pesas se inventaron en Europa occidental. [79] Un tratado escrito por Robertus Anglicus en 1271 muestra que los artesanos medievales estaban intentando diseñar un reloj puramente mecánico (es decir, impulsado solo por la gravedad) durante este período. [80] Dichos relojes eran una síntesis de ideas anteriores derivadas de la ciencia europea e islámica, como los sistemas de engranajes, los accionamientos por pesas y los mecanismos de sonería. [81]
En 1250, el artista Villard de Honnecourt ilustró un dispositivo que fue el paso hacia el desarrollo del escape . [82] Otro precursor del escape fue la horologia nocturna , que utilizaba un tipo temprano de mecanismo de verge para operar un llamador que golpeaba continuamente una campana. [83] El reloj accionado por pesas fue probablemente una invención de Europa occidental, ya que una imagen de un reloj muestra una pesa tirando de un eje, su movimiento ralentizado por un sistema de agujeros que liberaban agua lentamente. [84] En 1271, el astrónomo inglés Robertus Anglicus escribió sobre sus contemporáneos que estaban en el proceso de desarrollar una forma de reloj mecánico. [85] [nota 3]
La invención del escape de verge y foliot en c. 1275 [87] fue una de las invenciones más importantes tanto en la historia del reloj [88] como en la historia de la tecnología . [89] Fue el primer tipo de regulador en la horología . [6] Un verge, o eje vertical, es forzado a girar por una rueda de corona impulsada por un peso, pero un foliot le impide girar libremente. El foliot, que no puede vibrar libremente, oscila hacia adelante y hacia atrás, lo que permite que una rueda gire un diente a la vez. [89] [90] Aunque el verge y el foliot fueron un avance en los cronometradores anteriores, era imposible evitar las fluctuaciones en el ritmo causadas por los cambios en las fuerzas aplicadas: los primeros relojes mecánicos se reiniciaban regularmente utilizando un reloj de sol. [91] [92]
Casi al mismo tiempo que se inventó el mecanismo de escape, el poeta florentino Dante Alighieri utilizó imágenes de relojes 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. [93] Hay referencias a relojes domésticos desde 1314 en adelante; se puede suponer que se produjo el desarrollo del reloj mecánico en 1325. [94]
Se construyeron grandes relojes mecánicos que se montaban en torres para que sonaran directamente las campanas. El reloj de torre de la catedral de Norwich, construido alrededor de 1273 (referencia a un pago por un reloj mecánico que data de ese año), es el reloj de gran tamaño más antiguo que se conoce. El reloj no ha sobrevivido. [95] El primer reloj conocido que daba regularmente la hora, un reloj con un mecanismo de verge y foliot, está registrado en Milán en 1336. [96] En 1341, los relojes impulsados por pesas eran lo suficientemente familiares como para poder adaptarse a los molinos de grano , [97] y en 1344 el reloj de la antigua catedral de San Pablo de Londres había sido reemplazado por uno con escape. [98] El foliot fue ilustrado por primera vez por Dondi en 1364, [99] y mencionado por el historiador de la corte Jean Froissart en 1369. [100]
El ejemplo más famoso de un dispositivo para medir el tiempo durante el período medieval fue un reloj diseñado y construido por el relojero Henry de Vick en torno a 1360, [88] [101] del que se decía que variaba 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. [102] Entre 1348 y 1364, Giovanni Dondi dell'Orologio , hijo de Jacopo Dondi , construyó un complejo astrario en Florencia. [103] [nota 4]
Durante el siglo XIV, los relojes de campana aparecieron con una frecuencia cada vez mayor en espacios públicos, primero en Italia, un poco más tarde en Francia e Inglaterra: entre 1371 y 1380, se introdujeron relojes públicos en más de 70 ciudades europeas. [105] El reloj de la catedral de Salisbury , que data de alrededor de 1386, es uno de los relojes en funcionamiento más antiguos del mundo, y puede ser el más antiguo; todavía tiene la mayoría de sus piezas originales. [106] [nota 5] El reloj de la catedral de Wells , construido en 1392, es único porque todavía tiene su cara medieval original. Sobre el reloj hay figuras que golpean las campanas y un conjunto de caballeros en justas que giran alrededor de una pista cada 15 minutos. [107] [nota 6]
La invención del resorte principal a principios del siglo XV (un dispositivo utilizado por primera vez en cerraduras y en llaves de chispa de armas) permitió que se construyeran por primera vez pequeños relojes. [109] La necesidad de un mecanismo de escape que controlara de forma constante la liberación de la energía almacenada condujo al desarrollo de dos dispositivos, el mecanismo de escape de pila (que, aunque inventado en el siglo XV, no se puede documentar antes de c. 1535) y el caracol , que se originó por primera vez a partir de armas medievales como la ballesta . [109] Hay un caracol en el reloj de resorte más antiguo que sobrevive, un reloj de cámara fabricado para Felipe el Bueno en c. 1430. [109] Leonardo da Vinci , que produjo los primeros dibujos conocidos de un péndulo en 1493-1494, [110] ilustró un caracol en c. 1500, un cuarto de siglo después de que apareciera por primera vez el resorte en espiral. [111]
Las torres de reloj de la Europa occidental de la Edad Media marcaban el tiempo. Las primeras esferas de los relojes mostraban las horas; en un manuscrito de 1475 se menciona un reloj con esfera de minutos. [112] 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, [113] y en Núremberg, el relojero alemán Peter Henlein recibió un pago por fabricar lo que se cree que fue el primer ejemplo de un reloj , fabricado en 1524. [114] En 1500, el uso del foliot en los relojes había comenzado a declinar. [115] El reloj de resorte más antiguo que se conserva es un dispositivo fabricado por el bohemio Jacob Zech en 1525. [111] [116] La primera persona que sugirió viajar con un reloj para determinar la longitud , en 1530, fue la fabricante de instrumentos holandesa Gemma Frisius . El reloj se pondría a 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. [117] [118]
El ingeniero otomano Taqi ad-Din describió un reloj accionado por pesas con un escape de verge y foliot, un tren de engranajes que sonaba, 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 1565. [119] Los misioneros jesuitas trajeron los primeros relojes europeos a China como regalo. [120]
Se cree que el erudito italiano Galileo Galilei fue el primero en darse cuenta de que el péndulo podía usarse como un cronómetro preciso después de observar el movimiento de las lámparas suspendidas en la Catedral de Pisa . [121] En 1582, investigó la oscilación regular del péndulo y descubrió que esta dependía únicamente de su longitud. Galileo nunca construyó un reloj basado en su descubrimiento, pero antes de su muerte dictó instrucciones para construir un reloj de péndulo a su hijo, Vincenzo . [122]
Los primeros cronometradores precisos dependían del fenómeno conocido como movimiento armónico , en el que la fuerza restauradora que actúa sobre un objeto alejado de su posición de equilibrio (como un péndulo o un resorte extendido) actúa para devolver el objeto a esa posición y hace que oscile . [123] Los osciladores armónicos se pueden utilizar como cronometradores precisos, ya que el período de oscilación no depende de la amplitud del movimiento, por lo que siempre se necesita el mismo tiempo para completar una oscilación. [124] El período de un oscilador armónico depende completamente de las características físicas del sistema oscilante y no de las condiciones iniciales o la amplitud . [125]
El período en el que los relojes eran controlados por osciladores armónicos fue la era más productiva en el cronometraje. [102] [nota 7] El primer invento de este tipo fue el reloj de péndulo , que fue diseñado y construido por el polímata holandés Christiaan Huygens en 1656. Las primeras versiones se equivocaban en menos de un minuto por día, y las posteriores solo en 10 segundos, muy precisas para su tiempo. Los diales que mostraban minutos y segundos se volvieron comunes después del aumento de la precisión que hizo posible el reloj de péndulo. Brahe usó relojes con minutos y segundos para observar las posiciones estelares. [112] El reloj de péndulo superó a todos los demás tipos de cronometradores mecánicos hasta tal punto que estos generalmente se reajustaban con un péndulo, una tarea que podía realizarse sin dificultad [127] , de modo que pocos dispositivos de escape de verge han sobrevivido en su forma original. [128]
Los primeros relojes de péndulo utilizaban un escape de verge, que requería amplias oscilaciones de alrededor de 100° y por lo tanto tenían péndulos cortos y ligeros. [129] La oscilación se redujo a alrededor de 6° después de la invención del mecanismo de áncora, que permitió el uso de péndulos más largos y pesados con golpes más lentos que tenían menos variación, ya que se parecían más al movimiento armónico simple, requerían menos energía y causaban menos fricción y desgaste. [130] El primer reloj con escape de áncora conocido fue construido por el relojero inglés William Clement en 1671 para el King's College, Cambridge, [131] ahora en el Museo de Ciencias de Londres . [132] El escape de áncora se originó con Hooke, aunque se ha argumentado que fue inventado por Clement, [133] o el relojero inglés Joseph Knibb . [132]
Los jesuitas hicieron importantes contribuciones al desarrollo de los relojes de péndulo en los siglos XVII y XVIII, ya que tenían una "apreciación inusualmente aguda de la importancia de la precisión". [134] Al medir un péndulo de un segundo con precisión, por ejemplo, el astrónomo italiano Padre Giovanni Battista Riccioli persuadió a nueve compañeros jesuitas "a contar casi 87.000 oscilaciones en un solo día". [135] Desempeñaron un papel crucial en la difusión y prueba de las ideas científicas de la época, y colaboraron con Huygens y sus contemporáneos. [136]
Huygens utilizó 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 utilizar las estrellas para medir el tiempo sideral , lo que proporcionó un método preciso para poner en hora los relojes. La ecuación del tiempo fue grabada en relojes de sol para que los relojes pudieran ponerse en hora utilizando el Sol. En 1720, Joseph Williamson afirmó haber inventado un reloj que mostraba el tiempo solar , equipado con una leva y un engranaje diferencial , de modo que el reloj indicaba el tiempo solar verdadero. [137] [138] [139]
Otras innovaciones en el control del tiempo durante este período incluyen la invención del mecanismo de sonería de cremallera y caracol para relojes de campana por el mecánico inglés Edward Barlow , la invención por Barlow o Daniel Quare , un relojero de Londres, en 1676 del reloj repetidor que marca el número de horas o minutos, [140] y el escape de campana , inventado alrededor de 1675 por el astrónomo Richard Towneley . [141]
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 el diseño de cajas y relojes ornamentales. [142] Le Roy pertenecía a la quinta generación de una familia de relojeros, y fue descrito por sus contemporáneos como "el relojero más hábil de Francia, posiblemente de Europa". Inventó un mecanismo de repetición especial que mejoró la precisión de los relojes, una esfera que se podía abrir para ver el mecanismo interior, y fabricó o supervisó más de 3500 relojes durante su carrera de casi cinco décadas, que terminó con su muerte en 1759. La competencia y la rivalidad científica resultantes de sus descubrimientos alentaron aún más a los investigadores a buscar nuevos métodos para medir el tiempo con mayor precisión. [143]
Los errores inherentes a los primeros relojes de péndulo eran menores que otros errores causados por factores como la variación de temperatura. [144] En 1729, el carpintero y relojero autodidacta de Yorkshire John Harrison inventó el péndulo de rejilla , que utilizaba al menos tres metales de diferentes longitudes y propiedades de expansión , conectados de manera de mantener la longitud total del péndulo cuando se calentaba o enfriaba por su entorno. [145] En 1781, el relojero George Graham compensó la variación de temperatura en un péndulo de hierro utilizando una pesa hecha de un frasco de vidrio con mercurio, un metal líquido a temperatura ambiente que se expande más rápido que el vidrio. Las versiones más precisas de esta innovación contenían el mercurio en frascos de hierro más delgados para hacerlos más sensibles. Este tipo de péndulo compensador de temperatura se mejoró aún más cuando el mercurio estaba contenido dentro de la propia varilla, lo que permitía que los dos metales se acoplaran térmicamente de manera más estrecha. [146] En 1895, la invención del invar , una aleación hecha de hierro y níquel que se expande muy poco, eliminó en gran medida la necesidad de invenciones anteriores diseñadas para compensar la variación de temperatura. [147]
Entre 1794 y 1795, tras la Revolución Francesa , el gobierno francés impuso el uso del tiempo decimal , con un día dividido en 10 horas de 100 minutos cada una. Un reloj en el Palacio de las Tullerías mantuvo el tiempo decimal hasta 1801. [148]
Después del desastre naval de Scilly de 1707 , en el que cuatro barcos naufragaron como resultado de errores de navegación, el gobierno británico ofreció un premio de £20.000, equivalente a millones de libras actuales, para quien pudiera determinar la longitud con un margen de error de 50 kilómetros (31 millas) en una latitud justo al norte del ecuador. [149] La posición de un barco en el mar podría determinarse con un margen de error de 100 kilómetros (62 millas) si un navegante pudiera referirse a un reloj que perdiera o ganara menos de unos seis segundos por día. [150] Las propuestas fueron examinadas por una Junta de Longitud recién creada . [151] Entre las muchas personas que intentaron reclamar el premio se encontraba el relojero de Yorkshire Jeremy Thacker , quien utilizó por primera vez el término cronómetro en un panfleto publicado en 1714. [152] Huygens construyó el primer reloj de mar, diseñado para permanecer horizontal a bordo de un barco en movimiento, pero que dejaba de funcionar si el barco se movía de repente. [152]
En 1715, a la edad de 22 años, John Harrison había utilizado sus habilidades de carpintería para construir un reloj de madera de ocho días. [153] Sus relojes tenían innovaciones que incluían el uso de piezas de madera para eliminar la necesidad de lubricación adicional (y limpieza), rodillos para reducir la fricción, un nuevo tipo de escape y el uso de dos metales diferentes para reducir el problema de la expansión causada por la variación de temperatura. [154] Viajó a Londres para buscar ayuda de la Junta de Longitud para hacer un reloj de mar. Fue enviado a visitar a Graham, quien ayudó a Harrison organizando la financiación de su trabajo para construir un reloj. Después de 30 años, su dispositivo, ahora llamado "H1", fue construido y en 1736 fue probado en el mar. Luego, Harrison pasó a diseñar y fabricar otros dos relojes de mar, "H2" (completado alrededor de 1739) y "H3", ambos listos en 1755. [155] [156]
Harrison fabricó dos relojes, el "H4" y el "H5". Eric Bruton, en su libro The History of Clocks and Watches , ha descrito al H4 como "probablemente el cronómetro más notable jamás fabricado". [157] 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 Longitud. [158] [159]
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 la desventaja 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. [160]
En 1840, el fabricante de relojes e instrumentos escocés 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. [161] El 11 de enero de 1841, Bain y el fabricante de cronómetros John Barwise solicitaron una patente que describía un reloj con un péndulo electromagnético . El científico inglés Charles Wheatstone , a quien Bain conoció 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 el inventor. [162] [163]
En 1857, el físico francés Jules Lissajous demostró cómo se puede utilizar una corriente eléctrica para hacer vibrar un diapasón indefinidamente, y probablemente fue el primero en utilizar la invención como método para medir con precisión la frecuencia. [164] Las propiedades piezoeléctricas del cuarzo cristalino fueron descubiertas por los hermanos físicos franceses Jacques y Pierre Curie en 1880. [165]
Los relojes de péndulo más precisos se controlaban eléctricamente. [166] El reloj Shortt-Synchronome , un reloj de péndulo accionado eléctricamente diseñado en 1921, fue el primer reloj en ser un cronometrador más preciso que la propia Tierra. [167]
Una sucesión de innovaciones y descubrimientos condujeron a la invención del temporizador de cuarzo moderno. El oscilador de tubo de vacío se inventó en 1912. [168] Un oscilador eléctrico fue utilizado por primera vez para sostener el movimiento de un diapasón por el físico británico William Eccles en 1919; [169] su logro eliminó gran parte de la amortiguación asociada con los dispositivos mecánicos y maximizó la estabilidad de la frecuencia de vibración. [169] El primer oscilador de cristal de cuarzo fue construido por el ingeniero estadounidense Walter G. Cady en 1921, y en octubre de 1927 el primer reloj de cuarzo fue descrito por Joseph Horton y Warren Marrison en Bell Telephone Laboratories . [170] [nota 8] Las décadas siguientes vieron el desarrollo de 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. [172] Su inherente estabilidad física y química y su precisión dieron lugar a su posterior proliferación y, desde la década de 1940, han formado la base para mediciones precisas de tiempo y frecuencia en todo el mundo. [173]
Los primeros relojes de pulsera se fabricaron en el siglo XVI. Isabel I de Inglaterra había hecho un inventario en 1572 de los relojes que adquirió, todos los cuales se consideraban parte de su colección de joyas. [174] Los primeros relojes de bolsillo eran inexactos, ya que su tamaño impedía que tuvieran partes móviles suficientemente bien hechas. [175] Los relojes sin adornos comenzaron a aparecer alrededor de 1625. [ 176]
Las esferas que mostraban minutos y segundos se volvieron comunes después del aumento en la precisión que hizo posible el resorte de volante (o espiral). [112] Inventado por separado en 1675 por Huygens y Hooke, permitió que las oscilaciones del volante tuvieran una frecuencia fija . [177] La invención resultó en un gran avance en la precisión del reloj mecánico , de alrededor de media hora a unos pocos minutos por día. [178] Sigue habiendo cierta disputa sobre si el resorte de volante fue inventado primero por Huygens o por Hooke; ambos científicos afirmaron haber sido los primeros en tener la idea del resorte de volante. El diseño de Huygens para el resorte de volante es el tipo utilizado en prácticamente todos los relojes hasta el día de hoy. [178]
Thomas Tompion fue uno de los primeros relojeros en reconocer el potencial del espiral y utilizarlo con éxito en sus relojes de bolsillo; [179] la precisión mejorada permitió que los relojes funcionaran tan bien como generalmente se usan hoy en día, como un segundero que se agregaba a la cara , un desarrollo que ocurrió durante la década de 1690. [180] El minutero concéntrico fue una invención anterior, pero Quare ideó un mecanismo que permitía que las manecillas se accionaran juntas. [181] A Nicolas Fatio de Duillier , un filósofo natural suizo , se le atribuye el diseño de los primeros cojinetes de joyas en los relojes en 1704. [182]
Otros notables horólogos ingleses del siglo XVIII incluyen a John Arnold y Thomas Earnshaw , quienes dedicaron sus carreras a construir cronómetros de alta calidad y los llamados "relojes de cubierta", versiones más pequeñas del cronómetro que podían guardarse en un bolsillo. [183]
Los relojes se usaron durante la guerra franco-prusiana (1870-1871) y, en la época de la guerra de los bóers (1899-1902), los relojes habían sido reconocidos como una herramienta valiosa. [184] 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. [185]
Durante la Primera Guerra Mundial , los oficiales de artillería usaban relojes de pulsera . [186] Los llamados relojes de trinchera , o "pulseras", eran prácticos, ya que liberaban una mano que normalmente se usaría para operar un reloj de bolsillo, y se convirtieron en equipo estándar. [187] [188] Las demandas de la guerra de trincheras significaban que los soldados necesitaban proteger el cristal de sus relojes, y a veces se usaba una protección en forma de jaula con bisagras. [188] La protección estaba diseñada para permitir que los números se leyeran fácilmente, pero oscurecía las manecillas, un problema que se resolvió después de la introducción del plexiglás resistente a los golpes en la década de 1930. [188] Antes de la llegada 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 bravuconería. [188]
Los relojes de bolsillo comenzaron a ser reemplazados a principios del siglo XX. [189] Los suizos, que fueron neutrales durante la Primera Guerra Mundial, produjeron relojes de pulsera para ambos lados del conflicto. La introducción del tanque influyó en el diseño del reloj Cartier Tank , [190] y el diseño de relojes durante la década de 1920 estuvo influenciado por el estilo Art Deco . [191] El reloj automático , introducido por primera vez con un éxito limitado en el siglo XVIII, fue reintroducido en la década de 1920 por el relojero inglés John Harwood . [192] Después de que se declarara en quiebra en 1929, se levantaron las restricciones a los relojes automáticos y empresas como Rolex pudieron producirlos. [193] En 1930, Tissot produjo el primer reloj de pulsera no magnético . [194]
Los primeros relojes alimentados por batería se desarrollaron en la década de 1950. [195] Relojes de alta calidad fueron producidos por firmas como Patek Philippe , un ejemplo es un Patek Philippe ref. 1518, presentado en 1941, posiblemente el reloj de pulsera más complicado jamás fabricado en acero inoxidable , que alcanzó un precio récord mundial en 2016 cuando se vendió en una subasta por $ 11,136,642. [196] [197] [198]
El Speedmaster Professional de cuerda manual o "Moonwatch" se usó durante la primera caminata espacial de los Estados Unidos como parte de la misión Gemini 4 de la NASA y fue el primer reloj usado por un astronauta que caminó sobre la Luna durante la misión Apolo 11. [199] En 1969, Seiko produjo el primer reloj de pulsera de cuarzo del mundo, el Astron . [200]
Durante la década de 1970, la introducción de relojes digitales fabricados con transistores y piezas de plástico permitió a las empresas reducir su fuerza laboral. En esa década, muchas de las empresas que mantenían técnicas de metalistería más complejas se habían declarado en quiebra. [201]
Los relojes inteligentes , esencialmente computadoras portátiles en forma de relojes , se introdujeron en el mercado a principios del siglo XXI.
Los relojes atómicos son los dispositivos de medición del tiempo más precisos que se utilizan en la práctica hoy en día. Con una precisión de unos pocos segundos a lo largo de muchos miles de años, se utilizan para calibrar otros relojes e instrumentos de medición del tiempo. [202] La Oficina Nacional de Normas de los Estados Unidos (NBS, ahora Instituto Nacional de Normas y Tecnología (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. [203]
La idea de utilizar transiciones atómicas para medir el tiempo fue sugerida por primera vez por el científico británico Lord Kelvin en 1879, [204] aunque recién en la década de 1930, con el desarrollo de la resonancia magnética , se desarrolló un método práctico para medir el tiempo de esta manera. [205] En 1948, el NIST construyó un prototipo de dispositivo máser de amoníaco . Aunque era menos preciso que los relojes de cuarzo existentes, sirvió para demostrar el concepto de reloj atómico. [206]
El primer reloj atómico preciso, un patrón 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. [207] Fue calibrado mediante el uso de la escala de tiempo astronómico de efemérides (ET). [208]
En 1967, el Sistema Internacional de Unidades (SI) estandarizó su unidad de tiempo, el segundo, sobre las propiedades del cesio. [206] El SI definió el segundo como 9.192.631.770 ciclos de la radiación que corresponde a la transición entre dos niveles de energía de espín electrónico del estado fundamental del átomo de 133 Cs. [209] El reloj atómico de cesio mantenido por el NIST tiene una precisión de 30 milmillonésimas de segundo por año. [206] Los relojes atómicos han empleado otros elementos, como el hidrógeno y el vapor de rubidio , que ofrecen una mayor estabilidad (en el caso de los relojes de hidrógeno) y un tamaño más pequeño, un menor consumo de energía y, por lo tanto, un menor costo (en el caso de los relojes de rubidio). [206] Los avances recientes en la tecnología de los relojes se han basado en gran medida en plataformas de iones atrapados , y el récord de la incertidumbre sistemática más baja se intercambia entre los relojes de iones de aluminio [210] y los relojes de red óptica de estroncio. [211] Los relojes de próxima generación probablemente se basarán en transiciones nucleares en el núcleo 229m Th, ya que los núcleos están protegidos de los efectos externos por la nube de electrones que los acompaña, y la frecuencia de transición es mucho más alta que la de los relojes ópticos y de iones, lo que permite una incertidumbre sistemática mucho menor en la frecuencia del reloj. [212]
¡Que los dioses confundan al hombre que descubrió por primera vez
cómo distinguir las horas! ¡Que confundan también a
aquel que en este lugar instaló un reloj de sol
para cortar y trocear mis días tan miserablemente
en pequeñas porciones! Cuando yo era un niño,
mi vientre era mi reloj de sol: uno más seguro,
más verdadero y más exacto que todos ellos.
Este reloj me decía cuándo era el momento adecuado
para ir a cenar, cuándo tenía algo que comer;
pero ahora, incluso cuando tengo algo que comer,
no puedo hacerlo a menos que el sol me lo permita.
La ciudad está tan llena de estos malditos relojes, que
la mayor parte de sus habitantes,
encogidos de hambre, se arrastran por las calles.