Rellotge

Col·laboració de Alejandra Ferrer per al capítol Càlculs de navegants

El rellotge és una màquina de moviment uniforme emprat per mesurar o indicar el pas del temps. Un rellotge necessita una font d’energia i una forma de transmetre i controlar aquesta energia, a més d’indicadors per registrar el temps transcorregut.

Els antics van conèixer diferents tipus de rellotges. El primer cronòmetre diari va ser probablement el rellotge de sol, de l’any 1450a.C., trobat a Egipte, el qual portava incorporades diverses escales que permetien utilitzar-lo en els diferents períodes de l’any. També a Egipte i cap a la mateixa època eren coneguts els rellotges de sorra i d’aigua o clepsidres; si bé aquests instruments no servien per conèixer la hora, servien per comptabilitzar intervals de temps més o menys llargs.

Es creu que els grans rellotges de peses i rodes van ser inventats a Occident pel monjo benedictí Gerberto (Papa, amb el nom de Silvestre II, cap a finals del segle X) encara que ja amb alguna anterioritat es coneixien en l’Imperi bizantí. Segons altres fonts, el primer rellotge del qual parla la història construït sobre principis de mecànica és el de Richard Wasigford, abat de San Albano, a Anglaterra, que va viure cap al 1326. Pel que sembla la invenció de Gerberto no era més que un rellotge de sol. El segon és el que Santiago Dondis va manar construir a Pàdua cap al 1344 i en el qual segons diuen es veia el curs del sol i dels planetes. El tercer va ser el que hi havia al Louvre de París, manat portar d’Alemanya pel rei Carles V de França. L’avantpassat directe d’aquests instruments podria ser el complex mecanisme d’Anticitera, datat entre el 150 i el 100 a. C. Els mecanismes impulsats per ressorts, que van fer possible els rellotges de butxaca, no es van utilitzar fins el s. XV. Actualment, un rellotge mecànic conté un complex sistema d’engranatges, composat per la roda d’escapada, la roda motriu, la roda de transmissió, la roda de les hores i la roda dels minuts, a més de diversos pinyons.

El descobriment de Galileu de l’oscil·lació isocrònica del pèndol va obrir al 1581 una era d’una major precisió en el cronometratge. El principi del pèndol va ser àmpliament desenvolupat per Huygens, qui va comprovar que les oscil·lacions depenien de les amplituds, va incorporar els mecanismes correctors convenients i, al 1647, va aplicar el pèndol als rellotges de torre o de paret. El mateix físic va dividir l’hora en 60 minuts i aquests en 60 segons i va aplicar al 1665 el moll d’espiral als rellotges de butxaca. El 1647, el ginebrí Gruet, que residia a Londres, va aplicar al rellotge la cadeneta d’acer que serveix per transmetre el moviment del tambor al con, substituint a les cordes de viola de mà emprades fins llavors. Dos anys després es van inventar els rellotges de repetició. Al 1670, W. Clement va inventar l’escapada d’àncora, la qual produïa molta menys variació en l’oscil·lació del pèndol de la que produïa la roda catalina fins llavors utilitzada.

Al 1675, Huygens va introduir l’espiral de volant per a rellotges de butxaca i va millorar molt la precisió dels mecanismes dels rellotges petits amb la incorporació dels eixos de pedres precioses. L’escapada de cilindre de G. Graham (1721) va fer possible tancar el mecanisme dels rellotges de butxaca en caixes més estretes, i al 1755 Th. Mudge va inventar l’escapada de palanca, que, tot i haver estat oblidat durant quasi un segle, s’utilitza en els millors rellotges de butxaca moderns.

Al 1762, J. Harrison va construir el rellotge naval núm. 4, el primer cronòmetre capaç de mesurar la longitud en el mar amb un alt grau de precisió. Al 1840, A. Bain va introduir el rellotge elèctric, que utilitza l’electricitat com a força motriu. Més tard va aparèixer també el rellotge electrònic. En alguns rellotges elèctrics domèstics, un petit motor gira a l’uníson amb el generador de la central elèctrica, que està regulat perquè proporcioni un corrent altern d’una freqüència determinada. També poden emprar-se corrents elèctrics per mantenir diversos rellotges secundaris sincronitzats amb el pèndol d’un rellotge principal.

Al 1929 es va desenvolupar el rellotge de cristall de quars, de gran precisió. Aquest rellotge utilitza un anell de quars connectat a un circuit elèctric, al que se’l fa oscil·lar a 100.000 Hz (hertzs, o cicles per segon). Aquesta oscil·lació d’alta freqüència es converteix en un corrent altern, es redueix a una freqüència més adequada per a la mesura del temps i s’empra per alimentar el motor d’un rellotge síncron. L’error màxim dels rellotges de quars més precisos és d’1 segon en 10 anys.

Els rellotges de polsera elèctrics o electrònics empren petites piles que duren més o menys un any. La pila pot impulsar el volant d’un rellotge mecànic convencional o pot emprar-se per fer oscil·lar un petit diapasó o, amb més freqüència, un cristall de quars.

Finalment, al 1945, va aparèixer el rellotge atòmic. Aquest últim és el dispositiu de mesura de temps més precís. Es basa en la freqüència de l’oscil·lació entre dos estats d’energia de determinats àtoms o molècules. Aquestes vibracions no resulten afectades per forces externes. El funcionament del rellotge de cesi, utilitzat per definir la unitat fonamental de temps en el Sistema Internacional d’unitats, es basa en la mesura de la freqüència de la radiació absorbida per un àtom de cesi en passar d’un estat d’energia més baix a un de més alt. La major precisió aconseguida fins ara és la de l’últim rellotge atòmic desenvolupat per l’Oficina Nacional de Normalització (NIST) dels EE.UU., el NIST-F1, posat en marxa el 1999, és tan exacte que té un marge d’error de sol un segon cada 30 milions d’anys.

Col·laboració de Alejandra Ferrer per al capítol Càlculs de navegants