Los instrumentos de medición del tiempo - Parte V

Estructura de este estudio

• Introducción y página 1: Instrumentos anteriores a la escritura.
• Página 2: Instrumentos de observación de las sombras.
• Página 3: Instrumentos de observación de los astros.
• Página 4: Instrumentos con flujo o combustión.
• Página 5: relojes e instrumentos modernos. (Esta página)

Perdón a quienes han tenido el valor de seguir este estudio desde el principio, pero voy a repetirme. Y aún más en esta página que en las demás. El objetivo de nuestro estudio es seguir la evolución de los instrumentos de medición en aquello que aportan de innovador en materia de precisión.

No encontrarán, por tanto, en esta página ni imágenes ni referencias a todo lo que existe en el mundo de los relojes, péndulos o relojes de pulsera. Y menos aún encontrarán explicaciones técnicas detalladas de relojería. Como mucho, algunas explicaciones sencillas, simplistas dirán los especialistas en relojería, a los que pido disculpas, suficientes para comprender la evolución de los instrumentos. Yo mismo sería incapaz de explicarles qué es una chaussée avec tige o una roue de renvoi, por no hablar de muchas otras piezas. Para lo demás, les remito a los numerosos y excelentes sitios especializados que existen.

Del reloj al reloj de pulsera

Generalidades

Como ya hicimos con las clepsidras, planteémonos algunas cuestiones generales antes de seguir la evolución técnica de estos instrumentos.

¿Cuál es la etimología de la palabra reloj? Un pequeño chapuzón en el Diccionario de la Academia Francesa: "sustantivo femenino, antiguamente masculino. En algunas ciudades todavía se dice le gros horloge, como en Ruan. Siglo XII: oriloge, orloge, en masculino. Procede, por mediación del latín horilogium, del griego tardío hôrologion, ‘lo que indica la hora’."

Notemos de paso que la palabra inglesa clock procede del francés cloche.

¿El primer reloj, cuándo, dónde y por quién? Digámoslo claramente: no se sabe quién inventó el primer reloj mecánico. Resulta tanto más difícil saberlo cuanto que el término horilogium se utilizó de forma genérica y es imposible saber si quienes lo emplean lo hacen para describir un reloj mecánico, una clepsidra o incluso un reloj solar. Recordemos el cuadrante canónico de la iglesia de Mérindol-les-Oliviers, en la Drôme, y su inscripción OROLOGII.

A veces se atribuye a Gerberto, de quien ya hemos hablado, la invención del reloj mecánico. Es casi con toda seguridad falso. Y, además, si realmente fuera cierto, cabría preguntarse por qué aquella invención habría caído en el olvido desde finales del siglo X hasta finales del siglo XIII.

Porque es efectivamente a finales del siglo XIII cuando aparecen los primeros relojes mecánicos en Europa. Más exactamente, en Inglaterra, en 1283, en el priorato de Dunstable, en Londres. Después llegaron otros en los años siguientes: Exeter, Inglaterra, en 1284; Saint-Paul, Londres, en 1286; Canterbury, Inglaterra, en 1292. Y muchos más en el siglo XIV.

Conviene señalar que el reloj mecánico es de origen puramente occidental. Ni la civilización islámica ni la civilización china se internaron por esa vía. ¿Problema de tecnología o elección distinta, como la tecnología hidráulica en el caso chino?

¿El reloj es un instrumento de medición del tiempo? No voy a repetir aquí lo de la clepsidra. El reloj es, por supuesto, al igual que el reloj de arena o la clepsidra, un guardatiempos. Incluso puede decirse que es un marcador del tiempo: poco importa la duración de la hora, lo que se le pide al reloj es que diga qué hora es.

¿El reloj es un instrumento digno de interés? Oh, sí. Mil veces sí. La aparición del reloj es sin duda el gran acontecimiento fundamental de la Edad Media. Y, en mi opinión, por varias razones.

Desde luego, no por su precisión, porque, en ese terreno, las clepsidras y los relojes solares eran mucho mejores. Los primeros relojes mecánicos, en cambio, iban de pena y había que ponerlos en hora... con ayuda de relojes solares varias veces al día si no se quería ver cómo perdían cerca de una hora diaria.

Desde luego, tampoco por su majestuosidad ni por la de sus dos agujas allá arriba, en las torres de iglesias, catedrales o campanarios civiles. Simplemente porque los primeros relojes estaban muy lejos de alcanzar la altura de los campanarios. Se contentaban con ocupar los conventos. Y, más tarde, las plantas bajas de las iglesias. Y más tarde aún, solo la parte alta de las torres. Simplemente también porque todavía no tenían esfera. Y, por otra parte, ¿quién habría sabido leerlas en una población formada en un 95 % por campesinos?

Ya que estamos: ¿por qué el 4 de las horas suele aparecer como IIII y no como IV? Tal vez porque, precisamente, IV y VI pueden confundirse cuando la lectura es un poco... delicada.

Y, cuando por fin tengan esfera, será porque su falta de precisión se conforma de sobra con una sola aguja.

Pero entonces, ¿qué hacer con un reloj sin esfera y sin agujas? Muy sencillo: avisar, como un despertador, a un campanero que toma el relevo y hace sonar las campanas, ¿lo recuerdan? Clock = campana. Más tarde, cuando ya estuviera equipado con todos sus atributos, esfera y agujas, y hubiera subido a lo alto de los campanarios, recibiría la atención del gobernador del reloj, encargado de velar por él como por la niña de sus ojos. Vigilarlo, mantenerlo y conservarlo en concordancia con el Sol era la vida cotidiana de esos personajes alojados en el propio campanario.

Basta ya de «desde luego, no». Veamos por qué la aparición del reloj es el gran acontecimiento de la Edad Media.

• En primer lugar, porque representa la victoria de las horas iguales sobre las horas desiguales.

Hemos visto en las páginas anteriores que instrumentos como la clepsidra o el astrolabio daban horas desiguales, es decir, horas cuya duración varía según las estaciones, 80 minutos en verano y 50 en invierno, por ejemplo. Con el reloj, salvo los problemas de precisión, la hora pasa a durar sesenta minutos y el día tiene 24 horas. Ya no hay noche ni día, sino una jornada de 24 horas de 60 minutos. Punto final.

• Después, porque abre el camino hacia una secularización del tiempo.

Hasta los siglos XIII y XIV, el tiempo pertenece a Dios. Y, por consiguiente, es asunto de sacerdotes y afines. Por mediación de los campaneros, asistidos por clepsidras u otros relojes solares, se puntúa el tiempo con las horas de oración y de oficio. Recordemos los relojes solares canónicos vistos en las páginas anteriores de este estudio.

Cuando llega el reloj mecánico, cumple el papel de despertador para los campaneros y, con el paso del tiempo, sube a lo alto del campanario y cada cual hace con él lo que le parece. La hora es por fin de todos. Y, además, como acabamos de ver, es igual. Y cuando el reloj deja de limitarse a sonar las horas de las oraciones y marca también las horas en sí, la secularización alcanza su apogeo.

Es entonces cuando la hora de todos tiende a convertirse en la hora de cada uno. Simplificando, cada siglo constituye una etapa de esa evolución. El siglo XVII hará entrar el reloj en la casa. El XVIII hará que se lleve encima. El XX hará que se lleve en la muñeca.

A partir de la Edad Media pasaremos, pues, a través de los siglos, de una «apropiación clerical» a una democratización de la hora.

No nos engañemos, sin embargo: no es la llegada del reloj por sí sola la que desencadena este fenómeno. El reloj es solo su herramienta. El clero ya no era el único que demandaba horas o medios de contarlas en la Edad Media. A medida que se desarrollaban la industria o el comercio, surgían nuevas necesidades de puntos de referencia, ya fuera para medir el tiempo de trabajo o ciertas tareas. Si a eso añadimos las necesidades propias de las cortes reales o de otros ámbitos, se entiende que el reloj llegó... en el momento oportuno.

• Por último, porque desemboca en una deslocalización del tiempo.

No solo desaparece la hora desigual, sino que también acabará cayendo la hora local. Les concedo que hará falta tiempo para ello, ya que en Francia no ocurrirá hasta 1891, véase el estudio sobre las escalas del tiempo. La llegada de medios modernos de comunicación como el tren plantea el problema. La mecanización de los relojes ofrece la respuesta. Todos los relojes de Francia van a sincronizarse con una misma hora: la de París.

En el Magasin Pittoresque de 1880 puede leerse un artículo titulado Unificación de la hora mediante la electricidad y el aire comprimido.

En lo relativo a los relojes neumáticos, se lee: "...Ya se han instalado en París varios relojes que funcionan con este nuevo sistema, del cual M. Popp, de Viena, es el inventor... Un reloj central está dispuesto de tal modo que cada vez que su péndulo marca el segundo sesenta de un minuto, se produce un disparo que deja pasar el aire comprimido a los depósitos; este se lanza enseguida a los tubos de la red y llena un fuelle situado en su extremo. Al hincharse, el fuelle levanta una pequeña palanca que hace avanzar un diente una rueda que cuenta sesenta, y cada uno corresponde a un minuto. A esa misma rueda va fijada la aguja grande de la esfera, que avanza un minuto...

La instalación de las quince primeras esferas ha exigido dieciocho kilómetros de tuberías, y está concebida de tal modo que todas las personas que habitan cerca de esta red pueden recibir la hora en su domicilio. Les bastará con conectar al conducto central una pequeña derivación que lleve hasta sus casas el aire comprimido suministrado por la administración."

Explicación sumaria del funcionamiento

Los relojes mecánicos constan de cuatro piezas esenciales:

1. Una fuente de energía, peso o muelle.
2. Órganos de transmisión encargados de transmitir la energía y de calibrar en horas iguales el tiempo de esa transmisión.
3. Un escape u órgano distribuidor que deja escapar periódicamente la fuerza motriz. Más adelante tendrá también la función de devolver al órgano regulador, el péndulo, la energía perdida por amortiguación.
4. Un órgano regulador u oscilador que transforma el movimiento irregular en un movimiento regular.

Eventualmente puede añadirse también:

1. Un sistema de indicación, esfera y agujas.
2. Un sistema de remontaje para renovar la fuente de energía.

La evolución de los relojes irá en dos direcciones: la miniaturización del tamaño de los órganos y la mejora de la precisión del sistema regulador. Naturalmente, nosotros estudiaremos sobre todo la segunda.

Evolución

La mejor manera de seguir la evolución de estos instrumentos es hacerlo en orden cronológico. Les tranquilizo: no vamos a releer una vez más la cronología del Quid que reaparece tal cual en distintos sitios. En ese caso bastaría con enlazar directamente la página de origen, ¿no?

Los primeros reguladores: el escape de foliot

No sabemos quién lo inventó ni la fecha exacta de su aparición, que puede situarse en una horquilla entre 1270 y 1330.

A este respecto, no me resisto a citar un pasaje del excelente libro de Gerhard Dohrn-van Rossum, L'histoire de l'heure: "... La aparición del escape, considerada hoy una innovación decisiva o una invención que abriría nuevas vías, no aflora en absoluto en la percepción de la época. A lo sumo se la describe como un fenómeno importante, pero enigmático. En cambio, se observa de inmediato la aparición de los relojes con sonería, considerada un acontecimiento técnico sensacional que tendrá grandes consecuencias en el ámbito social".

Veamos brevemente cómo funciona este sistema, llamado también escape de verge o escape de rueda de encuentro.

A la izquierda, vista general de un mecanismo con su foliot. A la derecha, detalle del escape de rueda de encuentro. Fotografías amablemente cedidas por Jean-Claude Sulka, cuyo sitio merece una visita.

En la foto superior izquierda, en la parte derecha, puede verse la fuente de energía formada por un peso suspendido de un cable enrollado alrededor de un tambor. La parte izquierda se refiere al sistema de sonería.

En la foto superior derecha se ve la parte correspondiente al escape de foliot. El foliot es una pieza en forma de T cuyo eje vertical, la verge, está coronado por una barra transversal. Una rueda dentada, la rueda de encuentro, solidaria del tambor motor, hace girar, mediante una paleta, la verge y la barra transversal hasta que otra paleta, que forma con la primera un ángulo de unos 60°, detiene el movimiento e invierte el sentido de rotación. En cada movimiento, el foliot deja escapar un diente de la rueda de encuentro, de ahí el nombre de escape dado al mecanismo. La duración de la oscilación del foliot puede modificarse desplazando sobre la barra los pesos de regulación. Esa duración debe corresponder a una norma temporal, minuto, hora, etc.

La palabra foliot deriva de folie, locura, para evocar ese movimiento incesante de vaivén que realiza la barra. El nombre aparece por primera vez bajo la pluma de Jean Froissart, poeta y cronista francés, 1337-1404, en un poema titulado Li Orologe amoureus, fechado en 1370.

El mecanismo de foliot no era patrimonio exclusivo de los grandes relojes, como demuestra este reloj de tambor con foliot y movimiento totalmente de acero. Anónimo, sur de Alemania, hacia 1550.

En su libro, Gerhard Dohrn-van Rossum señala que en 1931 J. Drummond Robertson fue el primero en suponer que el escape relojero pudo haberse desarrollado a partir de antiguos sistemas de repetición de toques de campana. En efecto, el sistema de sonería funciona de manera idéntica al escape que acabamos de ver. Solo que el foliot queda sustituido por una palanca-martillo que golpea una campana. Naturalmente, el movimiento de sonería es más rápido.

Y Gerhard Dohrn-van Rossum explica también cómo, en su opinión, se desarrolló el escape mecánico de los relojes: en los monasterios era habitual el uso de «despertadores». En el siglo XIII se descubrió que, al ralentizar la oscilación del martillo de la campana, aumentar su masa y hacerla regulable, podía obtenerse un movimiento relojero estable. ¿Por qué no? Aunque, en estabilidad y precisión, aún quedaba mucho por mejorar.

Una variante del escape de foliot

Es la que utilizará Giovanni Dondi y que describirá en una obra fechada en 1365.

A la izquierda, reconstrucción fiel del reloj planetario, Astrarium, de Giovanni Dondi, que puede verse en el museo Leonardo da Vinci de Milán. El original ya no existe. A la derecha, el croquis del bastidor inferior según un manuscrito de la biblioteca del Eton College, en Windsor.

En el croquis de la derecha puede verse, en la parte superior, que el foliot queda sustituido por una rueda horizontal provista de «clavijas». La cuestión es cómo podía regularse este mecanismo. Señalemos también la presencia de una esfera.

Cambio de motor

Hacia 1450 aparecerá el muelle de acero como fuente de energía.

No confundamos lo que llamaré el muelle motor con el que veremos aparecer más tarde y que concernirá al sistema regulador.

La ventaja del muelle frente al peso es que, por ocupar menos espacio, permite desplazar el reloj y miniaturizar el conjunto, de modo que este puede convertirse en reloj de interior o en reloj portátil.

En cambio, tiene un gran inconveniente con respecto al peso: entrega una fuerza decreciente a medida que se destensa. Como consecuencia, los primeros relojes de muelle resultan aún peores en precisión que los relojes de peso.

Por eso veremos nacer rápidamente dos sistemas destinados a dominar esa irregularidad de la fuerza motriz. En Alemania será el stackfreed, que durará poco. En Francia, la fusée, que sí se utilizará durante mucho más tiempo.

A la izquierda, sistema de stackfreed. A la derecha, sistema de fusée. La sustitución de la cuerda por una cadenilla, en 1650, se debe al relojero ginebrino Gruet.

• El stackfreed utiliza un segundo muelle que hace presión sobre una leva encargada de mantener constante la fuerza motriz.
• La fusée persigue el mismo objetivo. La disminución de la tensión de la cadena, que al principio fue una simple cuerda, se compensa aumentando el brazo de palanca y manteniendo así constante la fuerza motriz gracias a la forma hiperbólica de la fusée. ¿No les recuerda un poco al sistema de marchas de las bicicletas?

Señalemos de paso que todos los dibujos muestran tornillos como sistema de fijación de las piezas entre sí. En realidad, los primeros relojes, en sentido amplio, estaban equipados con clavijas, y solo hacia 1550 empezarán a aparecer los tornillos.

Revolución en los osciladores

Es en el siglo XVII cuando la precisión de los instrumentos mejora considerablemente y pasa de desviaciones de 15 minutos a solo unos segundos. Una precisión tal que el inglés Daniel Quare, 1649-1724, añadirá por fin la aguja de los minutos a la esfera a finales de ese siglo.

A menos que caigamos en la trampa de las técnicas relojeras, nuestro estudio sobre la evolución de la precisión de los relojes mecánicos terminará cuando hayamos visto esta «revolución en los osciladores».

Todo comienza en 1583 cuando Galileo, según su primer biógrafo Vincenzo Viviani, formula la ley del isocronismo del péndulo tras observar el balanceo de una lámpara en la catedral de Pisa: la duración de una oscilación depende solo de la longitud del péndulo y no de la amplitud del movimiento.

Galileo Galilei, 1564-1642

A Galileo ya no hace falta presentarlo; aquí solo intentamos hacer una biografía que no ocupe páginas enteras. Nacido en Pisa, este eminente físico y astrónomo realizó numerosos descubrimientos en mecánica y astronomía.

Perfeccionó considerablemente el anteojo astronómico, tomó partido a favor de la realidad del movimiento de la Tierra, inventó un termómetro, la balanza hidrostática y un compás de proporción. Estableció las leyes de la caída de los cuerpos. En lo que aquí nos interesa, descubrió las leyes del péndulo.

En 1638 publica la teoría del péndulo y encarga a su hijo la realización de un reloj de peso y péndulo que ha concebido. Desgraciadamente, ese hijo muere al año siguiente.

Aquí puede verse el dibujo realizado por Galileo hijo bajo el dictado de su padre y a partir del cual debía construir el reloj de péndulo.

Entra entonces en escena Christiaan Huygens, 1629-1695.

Christiaan Huygens, 1629-1695

Nació en La Haya y realizó sus estudios científicos en las obras de Descartes, amigo de su padre. Fue el primero en observar un satélite de Saturno, Titán, y más tarde la rotación de Saturno y sus anillos. Publicó las reglas del choque elástico.

Fue miembro de la Academia de Ciencias de París y de la Royal Society de Londres. En lo que aquí nos concierne, inventó el reloj de péndulo y el resorte espiral de los relojes.

¿Continuó los trabajos de Galileo o desarrolló los suyos en paralelo? Sea como sea, en 1657 encarga al relojero Salomon Coster la construcción de un reloj de peso y péndulo que pronto recibirá el nombre de péndulo.

El reloj de péndulo de peso tal como aparece en el libro de Huygens, Horologium oscillatorium. Puede observarse en este grabado que el escape sigue siendo de rueda de encuentro, lo que obliga a grandes amplitudes de oscilación del péndulo y resulta perjudicial para el isocronismo del movimiento.

Las dos láminas están destinadas a corregir las variaciones del período de oscilación del péndulo, cuyo período se ajusta mediante un peso corredero móvil a lo largo de la varilla. Habrá que esperar hasta 1671 y al relojero William Clément para ver aparecer el «áncora de retroceso», a partir de una idea de Robert Hooke. Permitirá una oscilación del péndulo de 4 a 5°, en lugar de los 40° del reloj de Huygens, y hará posible realizar realmente el isocronismo.

Dieciocho años más tarde, en 1675, Huygens inventa el primer reloj con muelle espiral, ejecutado por Isaac Thuret, uno de los mejores relojeros de París. El órgano regulador era un volante, que no debe confundirse con el de los relojes de péndulo, un pequeño volante metálico acoplado a un fino muelle de acero enrollado en espiral que actúa sobre él como la gravedad sobre un péndulo.

En los años y siglos siguientes, relojeros e inventores se dedicaron a perfeccionar los movimientos creados y otros, ya fueran los escapes, las sonerías, los sistemas de remontaje, la calidad de los materiales o la resistencia a las variaciones de temperatura... Pero eso rebasa los límites de este estudio y, además, los de mis propias competencias. Les remito, pues, al Quid para una cronología completa de los relojes y relojes de pulsera.

El cuarzo, oscilador moderno

En 1880, Pierre y Jacques Curie descubren el efecto piezoeléctrico: cuando ciertos cristales, entre ellos el cuarzo, se someten a una tensión, aparecen en su superficie cargas eléctricas.

Basta, pues, con meter un cristal de cuarzo en una caja, darle un golpe, al cuarzo, no a la caja, y recoger las cargas eléctricas para que todo esté listo... ¡Vaya, me he equivocado! Lo que estamos construyendo es un mechero o un encendedor de gas, pero no un reloj. Acabamos de aplicar el efecto piezoeléctrico directo.

Hay que esperar a G. Lippmann para que se ponga de relieve el efecto piezoeléctrico inverso: los cristales se deforman cuando se los somete a un campo eléctrico. Si esa «excitación» del cuarzo es permanente, este vibrará a una frecuencia muy estable que le es propia y que depende de su tamaño, en ambos sentidos de la palabra. Basta con contar esas vibraciones para transformarlas en la unidad de tiempo deseada, por ejemplo el segundo. El resonador de cuarzo acaba de nacer.

En los relojes, la frecuencia es por lo general de 32 768 Hz. Un circuito integrado divide esta frecuencia por 2 quince veces seguidas y obtenemos así nuestro segundo.

En cuanto a la precisión de semejante oscilador, es de una milésima de segundo en 24 horas. Desde luego, bastante mejor que nuestro foliot del principio, ¿no?

Los primeros relojes de cuarzo aparecieron en 1929-1930 y su tamaño no tenía nada que envidiar a los primeros relojes de torre. El primer reloj de pulsera de cuarzo con agujas apareció en 1967 y el reloj digital nació en 1971.

Si buscan el cuarzo en su reloj, no encontrarán algo que se parezca a la imagen de la izquierda, sino algo mucho más próximo a la segunda imagen. Ya solo les queda abrir la caja para encontrar la lámina de cuarzo. Después, eso sí, no les garantizo que el reloj siga funcionando demasiado bien...

Los relojes atómicos

Con los relojes atómicos vamos a pasar a una precisión extrema, del orden de un segundo cada unos 3 000 años.

Naturalmente, estos relojes no están destinados a acabar sobre nuestra chimenea. Sirven para mediciones muy precisas, una de las cuales es proporcionar el TAI, Tiempo Atómico Internacional, que ya mencionamos en nuestro estudio sobre las escalas del tiempo.

No entraremos en el detalle de su funcionamiento. Baste saber que esta vez es el átomo el que sirve de oscilador, puesto que su frecuencia, o más exactamente su cambio de estado, es todavía más precisa que la del cuarzo. Existen otros, pero el átomo de cesio, Cs para los íntimos, parece prestarse con bastante buena voluntad a su papel de oscilador.

A modo de conclusión

¿Recuerdan la imagen de la templanza tal como la representaba Ambrogio Lorenzetti en 1338?

En el siglo XV aparece representada así, en un manuscrito conservado en la Sächsische Landesbibliothek de Dresde.

¿Cómo debería representarse en la era de los relojes atómicos?