La historia de los relojes mecánicos de péndulo y los relojes de cuarzo

Durante la mayor parte de la Edad Media, desde aproximadamente 500 a 1500 d.C., el avance tecnológico estuvo prácticamente estancado en Europa. Los estilos de reloj de sol evolucionaron, pero no se alejaron de los principios del antiguo Egipto.. 

Relojes de sol simples 

Se usaron simples relojes de sol colocados sobre las puertas para identificar el mediodía y cuatro "mareas" del día iluminado por el sol en la Edad Media. El siglo X usaba varios tipos de relojes de sol de bolsillo: un modelo inglés identificó las mareas e incluso compensó los cambios estacionales de la altitud del sol. 

Relojes mecánicos

A principios y mediados del siglo XIV, grandes relojes mecánicos comenzaron a aparecer en las torres de varias ciudades italianas. No hay registro de ningún modelo que funcione antes de estos relojes públicos que estuvieran impulsados ​​por el peso y regulados por escapes de borde y foliot. Los mecanismos Verge-and-Foliot reinaron durante más de 300 años con variaciones en la forma del foliot, pero todos tenían el mismo problema básico: el período de oscilación dependía en gran medida de la cantidad de fuerza motriz y la cantidad de fricción en el disco. la tasa era difícil de regular.

Relojes de resorte 

Otro avance fue un invento de Peter Henlein, un cerrajero alemán de Nuremberg, en algún momento entre 1500 y 1510. Henlein creó relojes de resorte. Reemplazar los pesos pesados ​​del disco resultó en relojes y relojes más pequeños y portátiles. Henlein apodó sus relojes "Huevos de Nuremberg".

Aunque disminuyeron la velocidad a medida que el resorte principal se desenrollaba, eran populares entre las personas ricas debido a su tamaño y porque podían colocarse en un estante o una mesa en lugar de colgarse de una pared. Fueron los primeros relojes portátiles, pero solo tenían manecillas de hora. Las manecillas minuciosas no aparecieron hasta 1670, y los relojes no tenían protección de vidrio durante este tiempo. El vidrio colocado sobre la esfera de un reloj no se produjo hasta el siglo XVII. Aún así, los avances en diseño de Henlein fueron precursores de un cronometraje verdaderamente preciso. 

Relojes mecánicos precisos 

Christian Huygens, un científico holandés, hizo el primer reloj de péndulo en 1656. Fue regulado por un mecanismo con un período "natural" de oscilación. Aunque a veces se le atribuye a Galileo Galilei la invención del péndulo y estudió su movimiento ya en 1582, su diseño para un reloj no se construyó antes de su muerte. El reloj de péndulo de Huygens tenía un error de menos de un minuto al día, la primera vez que se había logrado tal precisión. Sus refinamientos posteriores redujeron los errores de su reloj a menos de 10 segundos por día.. 

Huygens desarrolló el conjunto de rueda de equilibrio y resorte en algún momento alrededor de 1675 y todavía se encuentra en algunos de los relojes de pulsera actuales. Esta mejora permitió a los relojes del siglo XVII mantener el tiempo en 10 minutos al día..

William Clement comenzó a construir relojes con el nuevo escape de "ancla" o "retroceso" en Londres en 1671. Esta fue una mejora sustancial sobre el borde porque interfirió menos con el movimiento del péndulo. 

En 1721, George Graham mejoró la precisión del reloj de péndulo a un segundo por día al compensar los cambios en la longitud del péndulo debido a las variaciones de temperatura. John Harrison, carpintero y relojero autodidacta, refinó las técnicas de compensación de temperatura de Graham y agregó nuevos métodos para reducir la fricción. Para 1761, había construido un cronómetro marino con la primavera y un escape de la rueda de equilibrio que había ganado el premio 1714 del gobierno británico ofrecido por un medio para determinar la longitud dentro de medio grado. Mantuvo el tiempo a bordo de un barco rodante aproximadamente un quinto de segundo por día, casi tan bien como un reloj de péndulo podría hacerlo en tierra, y 10 veces mejor de lo requerido. 

Durante el siglo siguiente, los refinamientos llevaron al reloj Siegmund Riefler con un péndulo casi libre en 1889. Alcanzó una precisión de una centésima de segundo por día y se convirtió en el estándar en muchos observatorios astronómicos..

R. J. Rudd introdujo un verdadero principio de péndulo libre alrededor de 1898, estimulando el desarrollo de varios relojes de péndulo libre. Uno de los más famosos, el reloj W. H. Shortt, se demostró en 1921. El reloj Shortt reemplazó casi de inmediato al reloj de Riefler como cronometrador supremo en muchos observatorios. Este reloj constaba de dos péndulos, uno esclavo y el otro maestro. El péndulo esclavo le dio al péndulo maestro los suaves empujones que necesitaba para mantener su movimiento, y también movió las manecillas del reloj. Esto permitió que el péndulo maestro permaneciera libre de tareas mecánicas que perturbarían su regularidad..

Relojes de cuarzo 

Los relojes de cristal de cuarzo reemplazaron al reloj Shortt como estándar en las décadas de 1930 y 1940, mejorando el rendimiento del cronometraje mucho más allá del péndulo y los escapes de las ruedas. 

La operación del reloj de cuarzo se basa en la propiedad piezoeléctrica de los cristales de cuarzo. Cuando se aplica un campo eléctrico al cristal, cambia su forma. Genera un campo eléctrico cuando se exprime o se dobla. Cuando se coloca en un circuito electrónico adecuado, esta interacción entre el estrés mecánico y el campo eléctrico hace que el cristal vibre y genere una señal eléctrica de frecuencia constante que puede usarse para operar una pantalla de reloj electrónico.
Los relojes de cristal de cuarzo eran mejores porque no tenían engranajes ni escapes para alterar su frecuencia regular. Aun así, confiaron en una vibración mecánica cuya frecuencia dependía críticamente del tamaño y la forma del cristal. No hay dos cristales que puedan ser exactamente iguales con exactamente la misma frecuencia. Los relojes de cuarzo continúan dominando el mercado en números porque su rendimiento es excelente y son económicos. Pero el rendimiento de cronometraje de los relojes de cuarzo ha sido sustancialmente superado por los relojes atómicos.. 

Información e ilustraciones proporcionadas por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y el Departamento de Comercio de EE. UU..