Relój de péndulo

El reloj de péndulo es un dispositivo para medir el paso del tiempo basado en la regularidad de la oscilación ( isocronismo ) de un péndulo mecánico .

Desde el siglo XX , este instrumento ha sido superado en precisión primero por el reloj de cuarzo y luego por el reloj atómico , pero sigue teniendo cierta utilidad por su valor estético y artístico.

De hecho, algunos modelos están encerrados en preciosos muebles de madera y se consideran valiosas obras de artesanía de precisión. Son piezas dotadas de elaborados ringtones, órganos musicales y complejos mecanismos escenográficos animados. Las dimensiones van desde pequeños objetos de escritorio, pasando por relojes de salón, hasta grandes mecanismos de torre .

Historia

La regularidad en el movimiento del péndulo fue estudiada por Galileo Galilei en el siglo XVII , pero la invención del reloj de péndulo se atribuye a Christiaan Huygens , quien presentó la patente en 1656 . La fabricación comenzó en 1657 por artesanos holandeses y se extendió rápidamente.

En el siglo XVIII hubo varios artesanos importantes que fabricaron relojes de excelente factura, de gran valor por los materiales utilizados y los efectos escenográficos de los timbres. Un valioso ejemplar se conserva en el Museo del Hermitage de San Petersburgo y representa un pavo real mecánico en oro que canta a las campanadas de la hora con un realismo increíble.

Operación

El oscilador de precisión del reloj es el péndulo , que consiste en una barra de metal o madera articulada sobre un fulcro y con una masa colocada en el extremo libre. Dado que el período de oscilación depende de la distancia entre el fulcro y el centro de gravedad del péndulo, la masa generalmente se desliza a lo largo de la barra, para poder calibrar el instrumento.

Para convertir el movimiento oscilatorio del péndulo en una rotación regular de engranajes, necesaria para girar las manecillas, y al mismo tiempo suministrar energía al péndulo para compensar las pérdidas por fricción , se inventaron varios mecanismos, llamados escapes . Existen varios tipos de escapes, los más comunes están formados por una rueda provista de dientes especiales sobre los que se inserta un mecanismo que guía el péndulo. La rueda recibe un par de fuerzas de un resorte , o de un rollo con una cuerda enrollada a la que se une un peso, a través de un tren de engranajes. El escape da un impulso al péndulo con cada oscilación simultáneamente con el avance de un clic de la rueda dentada. La secuencia se repite hasta que se agota la energía del resorte o del peso.

La relación de reducción de engranajes del tren determina el número de revoluciones que completa cada rueda en relación con la rueda de escape, por ejemplo, la rueda de minutos debe completar una revolución en una hora. Para indicar las horas se suelen añadir 3 ruedas más denominadas minutería, un reductor con una relación de 12 vueltas a 1 (12:1) para las esferas de 12 horas y de 24 vueltas a 1 (24:1) para las de 24 horas. marca.horas. Los engranajes adicionales pueden realizar un seguimiento de la fecha, las fases lunares y, en modelos más sofisticados, realizar otros cálculos astronómicos .

Se han estudiado sistemas de bobinado distintos del resorte o el peso. Una solución curiosa es el reloj Cox , construido alrededor de 1760 y aún conservado (ya no funciona) en el Victoria and Albert Museum de Londres , que obtenía energía de las variaciones de la presión atmosférica . En modelos recientes (péndulo o balancín) la recarga del resorte se realiza mediante un motor eléctrico , o se puede suministrar energía eléctrica directamente al péndulo mediante electroimanes convenientemente sincronizados con su movimiento, un escape electromecánico.

Los primeros relojes de péndulo de Huygens tenían un error de unos 10 segundos por día. Las mejoras posteriores, incluida la compensación de la expansión térmica (que estabiliza la longitud del péndulo a medida que cambia la temperatura), la reducción de la fricción y la colocación del péndulo en una cámara de vacío , han reducido el error a menos de un segundo cada cien días en la mayoría de los casos. modelos sofisticados.

Alternativas al péndulo

Un inconveniente evidente del reloj de péndulo es la imposibilidad de ser utilizado en movimiento, ya que el periodo de oscilación se vería seriamente perturbado por las aceleraciones del soporte. Dado que la medición precisa del tiempo es necesaria para determinar la longitud en el mar, la necesidad de un sistema alternativo se sintió fuertemente en el momento de los primeros viajes por mar. Para superar esta limitación, en 1675 Huygens inventó el volante con un resorte en espiral, capaz de operar en cualquier posición y en movimiento. Consiste en un volante con un resorte que oscila alrededor de su eje y está conectado a un sistema de escape similar al del péndulo para mantenerlo en movimiento. El mismo dispositivo todavía se usa hoy en día en relojes mecánicos de pulsera , relojes de bolsillo y despertadores .

Una realización similar es el péndulo de torsión, en el que el volante gira suspendido de un resorte o barra de torsión. Esta solución, sin embargo, tiene un valor predominantemente estético, ya que no es más precisa que el péndulo clásico y no tiene la practicidad de un volante. Gracias al largo período de oscilación de muchos segundos que se puede obtener con los resortes de torsión, es posible obtener relojes con una autonomía de funcionamiento superior a un año en comparación con las semanas de los relojes de péndulo de apartamento.

Shortt – Reloj sincrónico

En el siglo XX , el ingeniero inglés William Hamilton Shortt inventó un reloj basado en dos péndulos, capaz de alcanzar una precisión de una centésima de segundo por día. En este sistema, un péndulo primario ( maestro ) oscila con pocas influencias externas y dentro de un recipiente de presión controlada. Este péndulo es impulsado por un escape cada treinta segundos. Un péndulo secundario ( esclavo ), sincronizado con el péndulo de precisión, registra el tiempo.

Este tipo de reloj, calibrado con medidas de ocultación de estrellas de muestra, era de uso común en los observatorios astronómicos en la primera mitad de la década de 1900. Reemplazado por osciladores de cuarzo y posteriormente por relojes atómicos, ahora ha caído en desuso.

Bibliografía

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