El origen del reloj

ORIGEN DEL RELOJ

¿En qué lugares (origen (s)) se ha trabajado el artefacto a través de la historia?

¿En qué época se construyó y quién los construyó?

El primer reloj empírico que surgió era basándose en la posición del  sol en el cielo. El reloj permitió  poder dividir el día con mayor precisión y es porque marca la posición de la tierra respecto al lugar en que se encuentre el sol, así es que se puede definir que las 12 es cuando se encuentra  encima nuestro y así es que avanza las horas , minutos y segundos.

RELOJ DE SOL

El primer instrumento del que se tiene noticia para medir el paso del tiempo, hacía uso del movimiento solar. 4 mil años atrás, en Egipto se inventó el primer reloj y era de sol. No podía medir el tiempo cuando era de noche y no había sol. los egipcios inventaron un reloj de sol, consistente en una barra indicadora montada transversalmente sobre otra, calibrada en horas.

El dispositivo se instala 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.

 Imagen N° 1  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.

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.

 

Imagen N° 2 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.
El reloj de agua o Clepsidra, indicaba la hora durante la noche al vaciarse el agua que contenía; el más antiguo fue encontrado en un templo egipcio y data de hace 3.356 años.

 Imagen N°  3 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.

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 lámpara 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

Durante el siglo XVI, en Europa, se empezaban a usar los relojes de arena, que medían la duración de las misas en las iglesias. Todavía se continúan utilizando, pero estos dependen de la cantidad de arena que contiene, el tamaño del orificio y del envase.

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.

   Imagen N°4  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.

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 transmite 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”.

 Imagen N°5  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.
Galileo Galilei inspiró a Christian Huygens en el diseño del primer reloj de péndulo en 1656, era el más exacto hasta entonces con un margen de error de 5 minutos diarios. El más conocido fue el reloj Cucú.
No se sabe a ciencia cierta quién inventó el primer reloj mecánico, pero los primeros encontrados datan de 1290, con un mecanismo que consiste en un conjunto de ruedas giratorias que eran accionadas por un peso colgado en cada cuerda.

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.

Imagen N° 6 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.

Imagen N° 7 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 transmite 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”.

Imagen N° 8 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 transmisión 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 está muy difundido.

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

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 simultánea 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.

 Imagen N° 9  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 escocés 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, está 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.

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.

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 líneas 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 más mínimas irregularidades del movimiento de la Tierra.

El RELOJ SWATCH

Hacia la mitad de la década de los ochenta, la región suiza del Jura, integrada por los cantones de Neuchátel, Jura y Soleure, cerca de la frontera francesa, sufría una crisis sin precedentes. Entre 1975 y 1985 había perdido 30.000 puestos de trabajo, un 11 % de su población activa. En esta zona se concentraba la industria relojera, especializada en la construcción de relojes mecánicos de alta precisión. Esta industria se había visto sorprendida por la súbita irrupción de los relojes electrónicos, de marcas tan agresivas como las japonesas Seiko o Citizen. Las empresas suizas conservaban sólo el 3% de la cuota de mercado de los relojes de gama media y el 97% de la gama de lujo, segmento, este último, pequeño y con crecimiento lento. La situación era muy crítica, casi de naufragio total. En aquel momento entró en escena Nicolás Hayek, ingeniero consultor, nacido en el Líbano en el seno de una familia que emigró a Europa. En 1985 los bancos suizos le ofrecieron la compra de las acciones de Swis Corporation for Microelectronics and Watchmaking -formada dos años antes, por la fusión de dos grandes fabricantes relojeros en quiebra, siguiendo una iniciativa del propio Hayek- para ver si podía hacer algo para evitar el hundimiento de la industria. Hayek aceptó el reto, adquirió más del 50% de las acciones y se convirtió en consejero delegado. Era preciso fabricar un reloj barato en un país de mano de obra muy cara, con un estilo que los japoneses no pudiesen imitar fácilmente. Los bancos dudaban en dar apoyo a este proyecto. El mismo Hayek explica su sueño: "¿Por qué no podemos diseñar un reloj impactante, barato, de alta calidad y construirlo en Suiza? ¿Por qué hemos de llevar un solo reloj durante toda la vida? ¿Por qué no cambiamos de reloj como de camisa o corbata? ¿Por qué no lo probamos? Hemos de lanzar al mercado un producto de gran calidad a un precio muy económico, que permita obtener un beneficio que no sea nunca inferior a un tercio de este precio. Pocas piezas, pocas complicaciones, mucha calidad, muy buen diseño. Plástico." (Camón, 1995). El sueño se transformó en un éxito espectacular, capaz de arrastrar y revitalizar a toda la industria relojera suiza. Se innovó en el diseño (línea pop-art), la fabricación (completamente robotizada) y la distribución. Continúa Hayek:

"Un reloj es un mensaje. Un estilo. Un diseño. Un capricho. Muchas cosas. Lo llevan los reyes y los obreros. Los hay para todos los gustos. Mi gran fuerza son los 100 millones de personas que cada año compran mi reloj. No tengo otra fuerza más que ésta: la de 100 millones de clientes a los cuales les gusta el Swatch. Procuro tratarlos muy bien. Mantengo los precios. Lanzo constantemente nuevas colecciones. Nuevos diseños: 200 nuevos modelos cada año. Nuevas ideas. Se han de aprovechar las oportunidades, cultivar la imaginación y no dormirse nunca sobre los laureles". Actualmente Swatch está desarrollando con Mercedes Benz un coche ecológico, que se pondrá a la venta a finales del 1997 y que funcionará con dos versiones: electricidad, generada por el mismo coche, y gasolina. También está diseñando un reloj que incorpora un sistema de alarma, un reloj-teléfono e, incluso, un reloj destinado al mundo árabe con un indicador que señala en todo momento dirección a la Meca.

En el siguiente video se podrá ver un breve resumen del origen del reloj

¿Qué necesidades o circunstancias de la época hicieron que este artefacto existiera?

Uno de los primeros conceptos desarrollados por el hombre fue el de número, pues tenía la necesidad de poder expresar numéricamente todo lo que se encontraba a su alrededor. Entonces el hombre comenzó a medir mediante un simple conteo de objetos. Más tarde, y por propias necesidades de su desarrollo, enunció el concepto de medida, realizando las primeras mediciones a partir de unidades muy rudimentarias.

Las primeras mediciones realizadas estuvieron relacionadas con la masa, la longitud y el tiempo, y posteriormente las de volumen y ángulo como una necesidad debido a las primeras construcciones realizadas por el hombre.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• HistoriaDel.com. Blog. Tomado de :  http://historiadel.com/reloj/ 

• Cínicos de Sinope.( 2015). Blog. Tomado de: https://cinicosdesinope.com/ciencias/quien-invento-el-reloj-cuando-donde-y-como/
• Escorsa,P & Valls, J.  (1998) cap. 1 la innovación. Tecnología e innovación en la empresa. Tomado de : http://aprendeenlinea.udea.edu.co/lms/moodle/file.php/478/Capitulo_2/Basico/lainnovacion.pdf

• Fxbutina. (2010). Historia del reloj. Video tomado de: https://www.youtube.com/watch?v=KLs43r1boww