Se denomina reloj al instrumento capaz de medir, mantener e indicar el tiempo en unidades convencionales (horas, minutos, segundos, décimas, etc). Fundamentalmente permite conocer la hora actual, aunque puede tener otras funciones, como medir la duración de un suceso (cronómetro) o activar una señal en cierta hora específica (alarma).
Los relojes se utilizan desde la antigüedad y a medida que ha ido evolucionando la tecnología de su fabricación han ido apareciendo nuevos modelos con mayor precisión, mejores prestaciones y presentación y menor coste de fabricación. Es uno de los instrumentos más populares, ya que prácticamente muchas personas disponen de uno o varios relojes, principalmente de pulsera, de manera que en muchos hogares puede haber varios relojes, muchos electrodomésticos los incorporan en forma de relojes digitales y en cada computadora hay un reloj.
El reloj, además de su función práctica, se ha convertido en un objeto de joyería, símbolo de distinción y valoración.
La mayor precisión conseguida hasta ahora es la del último reloj atómico desarrollado por la Oficina Nacional de Normalización (NIST) de los Estados Unidos, el NIST-F1, puesto en marcha en 1999, es tan exacto que tiene un margen de error de solo un segundo cada 45 millones de años
En la antigüedad se conocieron varias especies de relojes. Vitruvio habla del reloj de agua o clepsidra, el de aire, el de sol y de otras especies que son desconocidas.
Los egipcios medían con el gnomon los movimientos del Sol. De igual medio se valía el ilustre astrónomo para sus observaciones. Las clepsidras y los relojes de sol fueron inventados en Egipto en tiempos de los Ptolomeos; las clepsidras fueron después perfeccionadas por Escipión Nasica o según otros por Ctesibio (discípulo de los oradores romanos medían con ellas la duración de sus discursos.)
Se cree que los grandes relojes de pesas y ruedas fueron inventados en Occidente por el monje benedictino Gerberto (papa, con el nombre de Silvestre II, hacia finales del siglo X) aunque ya con alguna anterioridad se conocían en el Imperio bizantino. Dante, en La divina comedia, canto X de El paraiso, antes del año 1321dc, cuenta acerca de relojes mecánicos con función alarma, "cuyas ruedas se mueven unas a otras, y apresuran a la que va delante hasta que se oye tin tin con notas tan dulces", como algo normal.
Según otras fuentes, el primer reloj de que habla la historia construido sobre principios de mecánica es el de Richard de Wallingford, abad de San Albano, que vivió en Inglaterra hacia 1326, pues al parecer la invención de Gerberto (después Silvestre II) no era más que un reloj de sol. El segundo es el que Santiago Dondis mandó construir en Padua hacia 1344 y en el cual según refieren se veía el curso del sol y de los planetas. El tercero fue el que había en el Louvre de París, mandado traer de Alemania por el rey Carlos V de Francia. El antepasado directo de estos instrumentos podría ser el complejo mecanismo de Anticitera, datado entre 150 a. C. y 100 a. C.
En España, la noticia más antigua de la instalación de un reloj de torre data de 1378, cuando se recogen en un documento las condiciones establecidas entre el cabildo de la catedral de Valencia y Juan Alemany, maestro de relojes procedente de Alemania, para realizar un reloj de esfera grande para ubicarlo en el antiguo campanario. Dentro de los relojes mecánicos considerados los más antiguos del país se localiza el reloj «seny de les hores» que fue instalado en la catedral de Barcelona en 1393; el del campanario de la iglesia de San Miguel de la villa de Cuéllar (Segovia) que fue arreglado en el año 1395 y finalmente en la catedral de Sevilla otro en 1396, cuya inauguración tuvo lugar el 22 de julio de 1400 en presencia del rey Enrique III de Castilla.
El primero que imaginó construir relojes de bolsillo fue Pedro Bell de Núremberg; su aspecto les valió el nombre de «huevos de Núremberg». En 1647, Christiaan Huygens aplicó a los relojes de torre o de pared el péndulo, cuyo descubrimiento se debe a Galileo. El mismo físico aplicó en 1665 el muelle de espiral a los relojes de bolsillo. En 1647, el ginebrino Gruet, residente en Londres, aplicó al reloj la cadenilla de acero que sirve para transmitir el movimiento del tambor al cono, sustituyendo a las cuerdas de vihuela empleadas hasta entonces. Dos años después se inventaron los relojes de repetición.
Hay una gran variedad de tipos diferentes de relojes. Actualmente los relojes personales son en su mayoría mecánicos y electrónicos, ya sean analógicos o digitales, funcionan con una pequeña pila eléctrica que mediante impulsos hace girar las agujas (relojes analógicos) o marca los números (relojes digitales).
Existen gran cantidad de relojes mecánicos para uso personal (de pulsera o de bolsillo) o general (relojes de pared y antesala). Los relojes mecánicos se estiman y valoran más que los electrónicos a pesar de su menor exactitud y mayor precio; ya que son considerados por los expertos como obras de arte mecánicas.
Hoy en día existen una gran cantidad de compañías relojeras, fabricantes de relojes mecánicos, tanto personales como fijos, países como Alemania, Suiza, Japón, China, Reino Unido, Estados Unidos y Rusia, albergan importantes compañías del sector. En el formato analógico existe una escala fija y dos agujas que giran a velocidad constante; la aguja más corta y ancha indica las horas, y tarda doce horas en completar una vuelta completa, la aguja más delgada y larga, el minutero, indica los minutos y tarda una hora en completar una vuelta completa a la esfera del reloj. Puede existir una tercera aguja en el mismo eje o con un eje distinto que señala los segundos y tarda un minuto en dar una vuelta completa.
En los relojes digitales, hay dos grupos de dos dígitos cada uno, separados por el signo de dos puntos (:), los dos primeros indican la hora en formato de 24 horas de 0 a 23 o en formato de 12 horas de 1 a 12; el segundo grupo de dígitos indica los minutos en un rango de 0 a 59, en algunos casos puede existir un tercer grupo de dos dígitos que indica los segundos en un rango de 0 a 59 segundos.
Al principio, sólo los llevaban las mujeres, hasta la Primera Guerra Mundial (1914-1918), en que se hicieron populares entre los hombres de las trincheras.
Los relojes de pulsera vienen todos con dos correas ajustables que se colocan en alguna de las muñecas para su lectura. Son de tipo analógico y digital. Aunque la carátula de la mayoría de ellos es generalmente redonda, también existen de carátula cuadrada, hexagonal y hasta pentagonales.
En los relojes analógicos (de variable continua) la hora se indica en la carátula mediante dos o tres manecillas: una corta para la hora, una larga para los minutos y, opcionalmente, una tercera manecilla también larga que marca los segundos. En los relojes digitales (de variable discreta) se lee la hora directamente en números sobre la pantalla. También existen relojes mixtos, es decir, analógicos y digitales en la misma carátula.
Los relojes calendarios son relojes mecánicos o digitales que marcan el año en vigor, el mes, el día de la semana, la hora, los minutos e incluso los segundos.
Los cronógrafos son relojes muy precisos (normalmente hasta las milésimas de segundo) utilizados para medir intervalos de tiempo, por ejemplo en pruebas deportivas o en experimentos científicos.
En alta relojería se refiere a instrumentos de precisión certificados por el COSC (control oficial suizo de cronometría).
Antes de inventarse los relojes personales de pulsera y de bolsillo se inventaron relojes muy grandes de mecanismos complicados y pesados que se colocaban en lo alto de las torres y campanarios de los pueblos y ciudades para que los ciudadanos tuviesen conocimiento de la hora del día. A estos relojes se les conectaba a una campana grande y sonora y es la que iba indicando con un toque peculiar las horas y cuartos de hora cuando se iban cumpliendo. A lo largo de los años hay relojes de este tipo que se han hecho muy famosos, como el Gran Reloj de Westminster situado en la Torre de Isabel del palacio del Parlamento británico o el situado en la Puerta del Sol de Madrid.
Los relojes han figurado durante siglos como piezas importantes en el amueblamiento de salones, para lo cual se construían con diversas formas decorativas. Prescindiendo del reloj de arena, que viene usándose desde las civilizaciones griega y romana para medir lapsos cortos y prefijados, los relojes fueron usados en cantidad muy pequeña hasta finales del siglo XIII o mediados del siglo XIV, época en la cual se inventó el motor de resorte o muelle real, difundiéndose el uso del reloj-mueble en el siglo XVI.
De esta época se conservan algunos ejemplares muy curiosos en los Museos del Louvre, Berlín y Viena, que tienen la forma exterior de un edificio coronado con una pequeña cúpula donde se halla el timbre o campana de las horas.
Los relojes de bolsillo se inventaron en Francia a mediados del siglo XV, poco después de aplicarse a la relojería el muelle espiral. Al principio tenían forma cilíndrica, variando mucho y con raros caprichos, y desde el comienzo del siglo XVI se construyeron en Núremberg con profusión y en forma ovoidea, de donde deriva el nombre de huevos de Núremberg, creyéndose inventados en esta ciudad alemana e italiana.
El reloj nuclear podría ser útil para algunas comunicaciones confidenciales y para el estudio de teorías fundamentales de la física. Asimismo podría añadir precisión al sistema de posicionamiento global (GPS por su sigla en inglés), que se sustenta ahora en relojes atómicos. La precisión extrema de este reloj, cien veces superior a la de los actuales relojes atómicos, proviene del núcleo de un solo ion de torio.
Otros tipos de relojes según su forma o empleo son:
El reloj con esfera tradicional suele contar con manecillas para la hora, minutero (para los minutos) y segundero (para los segundos) y el horario (para la hora). Además, puede contar adicionalmente con despertador o calendario.
Un reloj electrónico es un reloj en el que la base de tiempos es electrónica o electromecánica, al igual que la división de frecuencia. La exactitud del reloj depende de la base de tiempos, que puede consistir en un oscilador o en un adaptador que, a partir de una referencia, genera una señal periódica.
El divisor de frecuencia es un circuito digital formado por una sucesión de contadores hasta obtener una frecuencia de 1 Hz, que permite mostrar segundos. Si se quiere mostrar décimas, la división se detiene al llegar a los 10 Hz. Esta frecuencia pasa al módulo de presentación, que puede ser de carácter electrónico o mecánico, donde otros divisores van separando los segundos, minutos y horas para presentarlas mediante algún tipo de pantalla.
Los relojes mecánicos carecen en la mayoría de los casos de componentes electrónicos; este tipo de relojes cuentan con un sistema mecánico fabricado generalmente en metal, en donde la fuerza motriz necesaria para poner en marcha la maquinaria es proporcionada por un muelle motor o por medio de pesas conectadas por cadenas o cables.
En la cultura popular es común referirse a la carga del muelle motor como «dar cuerda», no obstante este término es erróneo, y solo es aplicable a los relojes de pesas, en donde literalmente se le da cuerda a un cilindro dentro del reloj para que de esa manera continúe el descenso de la pesa que da vida al mismo. Dentro de un muelle motor se encuentra una banda o cinta de acero templado que, al enrollarse, genera una fuerza de torsión usada por el reloj para mover el mecanismo, bien sea la marcha o la sonería. Por medio de un tren de engranajes se reduce la fuerza y aumenta la velocidad, finalizando en una rueda dentada de manera especial, llamada rueda de escape, la cual conecta con una pieza llamada ancora. Esta pieza es la encargada de convertir el movimiento rotatorio de los engranajes en un desplazamiento lateral de izquierda a derecha que se trasmite a un volante o a un péndulo para proveerles la energía suficiente para oscilar. Es el contacto entre estas dos piezas, rueda de escape y ancora el que produce el famoso tic-tac. Finalmente, el péndulo o el volante marcan el paso del tiempo y se les conoce con el nombre de órgano regulador. El reloj usa sus oscilaciones o alternancias constantes para determinar el paso del tiempo: cuanto más preciso sea el mecanismo, menos variaciones habrá en la periodicidad de las oscilaciones.
Cabe resaltar que, aunque los relojes de pulsera, que usan volantes como órgano regulador, han logrado niveles de exactitud sorprendentes; el péndulo y su oscilación periódica regular continúan siendo el patrón de medición del tiempo u órgano regulador más exacto en los relojes mecánicos.
Normalmente el número de engranajes o ruedas que posee un reloj mecánico es consecuencia directa del tiempo estimado en el que el muelle o la pesa le proveerá energía suficiente para funcionar; así, si un reloj mecánico, por ejemplo un despertador, está construido para almacenar 24 horas de marcha, el número de ruedas será generalmente de cinco, desde el engranaje del muelle hasta la rueda de escape; por otro lado, si se trata de un reloj de pared, en donde la reserva de marcha está diseñada para durar 192 horas (ocho días), entonces se añadirá una rueda extra justo después del muelle motor para de esta forma aumentar la velocidad del mecanismo de escape en relación a la velocidad de rotación del muelle motor, expandiendo así la autonomía de funcionamiento del mecanismo, aunque en estos casos se requiere de muelles más poderosos, para compensar la pérdida de fuerza causada por el aumento en la relación de los engranajes; finalmente, la hora se muestra siempre en formato analógico, por medio de manecillas, que usan el giro de los engranajes internos, usualmente la rueda primera para los relojes de 1 día, y la rueda segunda para los de 8 días, para convertir el movimiento del tren de engranajes, controlado por el sistema de escape, en indicaciones comprensibles para las personas, quienes realizan la lectura de la hora fijándose en la posición de las manecillas frente a una escala horaria fija en el frente del reloj.
Cabe resaltar, que el minutero en el reloj mecánico, a diferencia del horario, no posee un tren de engranajes independiente que ajuste la relación para marcar la hora, este se encuentra fijo a la rueda que usualmente engrana con el muelle motor, dicha rueda posee un eje que sobresale, en frente de la maquinaria, y que es de hecho el eje conocido como “cañón”, donde se conecta el minutero, por lo tanto esta rueda gira una vez cada 60 minutos exactamente, el cañón horario realiza una reducción de velocidad, usando un pequeño tren de engranajes ubicado en la parte frontal del reloj justo entre el minutero y el horario, la relación entre ambos sería entonces de 1/12, en donde por cada vuelta de la manecilla horaria, la minutera ha debido girar 12 veces, este mecanismo también se encuentra en todos los relojes electrónicos con lectura analógica.
El tipo de base de tiempos utilizada es tan importante que suele dar nombre al tipo de reloj. Las más habituales son:
El reloj mecánico se basa en un pulsador que puede ser de 1 Hz o submúltiplo. Por lo general este pulsador era un mecanismo de escape mecánico en el cual la energía almacenada en un muelle era liberada de manera constante y lenta. El sonido de tic-tac del reloj corresponde a este sistema de escape que es el responsable de generar la base de tiempo del reloj y brinda movimiento al segundero; tanto el minutero como el horario son movidos mediante trenes de engranajes que transforman la relación del segundero en 1/60 para el minutero y de este 1/60 para el horario( ver imagen).
Un reloj digital consta de un oscilador, generalmente de cuarzo el cual mediante divisor de frecuencia, a similitud de los trenes de engranajes, genera las señales de 1 Hz, 1/60 Hz y 1/3600 Hz para el segundero, minutero y horario respectivamente. En este caso los distintos pulsos eléctricos pasan a 3 contadores en cascada que se corresponden en la pantalla a los segundos, minutos y horas respectivamente. Estos contadores están acoplados para permitir la secuencia necesaria de conteo y de señalización entre un contador y otro, a saber 0 al 59 para los segundos y los minutos y 0 a 24 o 1 a 12 para las horas, según el diseño particular o la configuración en modelos que permiten ambas.
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