Relojes y cronómetros (III): el problema de la longitud

Experientia docet

El gran problema de la navegación en el siglo XVII era la determinación de la longitud, la posición en un paralelo, en el mar. Este problema se podía solucionar usando relojes. Si un reloj fuese capaz de mantener con precisión la hora de tierra, o de una referencia estándar, las mediciones de la hora local por medios astronómicos permitirían por comparación determinar la longitud. Sin embargo, un reloj de péndulo nunca será un cronómetro marino. Y eso a pesar de los avances que convirtieron al reloj de péndulo en “regulador astronómico”.

Chetvorno
Escape de áncora. | Wikimedia Commons / Chetvorno

A finales del siglo XVII, posiblemente inventado por Robert Hooke, aparecía el escape de áncora, que se convierte en el estándar en los relojes de péndulo. Tiene un inconveniente: un par de paletas que enganchan y desenganchan sucesivamente los dientes de una rueda de escape provocan en ésta un pequeño retroceso, lo que perjudica a la precisión del mecanismo. Para la segunda década del siglo XVIII se le atribuye a George Graham haber conseguido dar una forma a las paletas y los dientes que hacía que no hubiese retroceso apreciable en la rueda. Fue este escape de Graham junto al péndulo de compensación, también introducido por Graham, el que finalmente hizo al reloj de péndulo lo suficientemente preciso para su uso astronómico.

George Grahams temperatuer compensated Mercury_pendulum
Péndulo de compensación de Graham.

El péndulo de compensación no podía ser más ingenioso. El calor podía hacer que el cable metálico que sujetaba la pesa del péndulo se dilatase, desajustando así el ritmo del péndulo. Graham introdujo en 1721 un bote con mercurio como pesa, dispuesto de tal manera que el mercurio se movía por dilatación en la dirección opuesta al alargamiento del cable cuando subía la temperatura, manteniendo de esta forma el centro de masas en la misma posición respecto al punto de suspensión.

H1 de Harrison.
H1 de Harrison.

El premio que ofreció el gobierno británico en 1714, 20.000 libras esterlinas a quien propusiese un método que permitiese la determinación de la longitud con una precisión de medio grado en un viaje trasatlántico, estimuló sobremanera el ingenio y las aplicaciones relojeras. John Harrison envió su primer reloj marino (H1) en 1736 para las pruebas en el mar. El diseño preliminar lo había mostrado al astrónomo Edmund Halley, quien consultó con Graham; éste financiaría la construcción, impresionado por las ideas de Harrison. Harrison recibiría ayudas públicas para el desarrollo de cronómetros marinos durante 25 años; en este tiempo solo produciría tres relojes más.

Escape saltamontes | Wikimedia Commons / Roland zh
Escape saltamontes | Wikimedia Commons / Roland zh

Harrison incorporó varios inventos propios al H1, como el escape saltamontes, desarrollado a partir del de áncora pero empleando lignum vitae, una madera que hace que no sea necesaria la lubricación y que permite que el escape no tenga fricción a efectos prácticos. Finalmente el cuarto diseño de Harrison, el H4, superó satisfactoriamente todas las pruebas. El H4 era además un reloj compacto, del tamaño de un reloj de bolsillo grande, donde la energía y la regulación parten de un muelle en espiral.

H4 de Harrison.
H4 de Harrison.

Harrison también aportó avances a la técnica relojera del péndulo evitando el engorroso uso del mercurio. Para ello empleaba barras de distintos metales dispuestas de tal manera (gridiron) que la dilatación se compensaba. Pierre le Roy, también constructor de cronómetros, amplió la idea del uso de metales con diferentes coeficientes de dilatación a los brazos del volante regulador.

Péndulo de compensación de Harrison. A) Exterior; B) temperatura normal; C) Temperatura alta. Los metales verde y amarillo tienen distinto coeficiente de dilatación.
Péndulo de compensación de Harrison. A) Exterior; B) temperatura normal; C) Temperatura alta. Los metales verde y amarillo tienen distinto coeficiente de dilatación.

En un reloj que emplea un muelle espiral el principal efecto de las variaciones de temperatura se da precisamente en el muelle, ya que cambia su elasticidad. Harrison había usado una banda bimetálica para alterar la longitud efectiva del muelle. Otros fabricantes de cronómetros, como John Arnold y Thomas Earnshaw prefirieron emplear volantes reguladores con brazos bimetálicos, alterando así el momento de inercia y, por tanto, el periodo del volante con la temperatura de manera que compensase los cambios en el muelle.

A comienzos del XIX el cronómetro marino ya tiene un diseño estandarizado, aunque aún se seguiría trabajando en mejorar la forma del muelle para garantizar un movimiento isócrono, y en los diseños de los reguladores para mejorar la compensación.

—-

En la serie Apparatus buscamos el origen y la evolución de instrumentos y técnicas que han marcado hitos en la historia de la ciencia.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

5 comentarios

  • Avatar de Quest10

    He llegado hasta lo de: «era la determinación de la longitud, la posición en un paralelo, en el mar». Ays. Las revisiones por pares también estarían bien antes de publicar. La UPV/EHU también cuenta con una escuela de náutica.

  • Avatar de Quest10

    La longitud es independiente del paralelo en el que te encuentres. Por eso es innecesario (y para mi, más complejo) hacer referencia a ese paralelo.
    Dicho esto, ha sido una confusión mía.

  • […] Hay otros ejemplos en los que el medio aporta muy poco porque ya el titular aporta el contexto: Relojes y cronómetros (III): el problema de la longitud o La geometría de los ‘cristaloides’, según Léopold Hugo, de Marta Macho, serían ejemplos […]

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *