Usuari:Mcapdevila/Història de la mesura del temps

Foliot mostrant el temps amb una simple agulla

La història dels rellotges o de la rellotgeria és la seqüència d'esdeveniments que han ocorregut al voltant dels descobriments científics dels rellotge és i autòmates denominats: guardatiempos (dispositius mecànics capaços de fraccionar, comptar i guardar memòria de seqüències en el temps). Aquests dispositius han estat creats per proporcionar l'hora en situacions on els astre s no eren capaços de ser observats. Alguns dels dispositius tenen uns orígens clars en certes tècniques i tecnologies ben datades, com pot ser el cas dels rellotges de sorra la construcció està lligada al bufat de vidre. Moltes cultures han tingut curiositat per mesurar el temps i les dates del calendari amb la simple observació dels fenòmens naturals i astronòmics, aquest coneixement els ha proporcionat una prosperitat econòmica degut en part al fet que eren capaços de predir amb precisió el temps de les collites, les plantacions i altres activitats agrícola s.

La rellotgeria ha anat passant per etapes en què la regularitat dels astres proporcionava una mesura suficient del temps, a poc a poc les maquinàries han estat capaços de substituir aquesta mesura fins que els dispositius electrònics i atòmics han assolit mesures del temps molt precises emprades per exemple en la localització mitjançant GPS. Durant aquest temps no només ha crescut l'habilitat dels rellotges per mesurar el temps amb precicisión i regularitat sinó que a més el cost dels rellotges ha anat baixant fins a arribar a ser molt populars, un exemple d'aquest abaratiment és el rellotge de polsera.

Períodes

La poca precisió dels primitius aparells de rellotgeria fa que pugui dividir la història d'aquests dispositius en quatre períodes importants, marcats tots ells per la capacitat de precisió que eren capaços de mesurar les diverses tecnologies rellotgers.

1. Període anterior al rellotge de pèndol - marcat per dispositius incapaços de mesurar precisions de desenes de minuts, es cobreix un període anterior al 1290 que coincideix amb l'aparició dels primers rellotges de torre a les grans ciutats europees. En aquest període els rellotges de característiques no-mecàniques són els més apropiats, com ara rellotges de sol, clepsidres, rellotges de foc, etc.
2. Període entre el pèndol i l'aparició de l'escapament en què els dispositius marcaven precisions d'un minut, aquest període cobreix un interval que va des de 1290 fins 1656. Els rellotges mecànics comencen a donar temps d'una manera més fiable, però els rellotges de sol són una referència per als rellotges mecànics. És en aquest període quan es produeix l' època daurada de la gnomònica (segle xvii).
3. Període de precisió - emprant millores successives en les maquinàries s'arriba a precisions d'un segon. Període que va des de mitjans del segle XVII fins a començaments del segle xx. La investigació minuciosa sobre la regulació dels mecanismes i les seves progressives millores fan que els rellotges arribin precisions del segon. En algunes ocasions es manté la precisió independent de les condicions de l'entorn. El final d'aquest període coincideix amb l'aparició en escena dels rellotges elèctrics.
4. Període de rellotges elèctrics - L'aparició dels oscil·ladors de quars que fan servir un cristall de quars (diòxid de silici - SiO ₂) l'any 1917 i els rellotges atòmics que fan aparició el 1949 al US National Bureau of Standards (NBS)

Sistemes horaris

Els mètodes de mesura del temps es fonamenten des dels seus començaments en el sistema sexagesimal és molt comuns en el món occidental, aquests sistemes horaris es van originar fa prop de 4.000 anys a Mesopotàmia i Egipte; un sistema similar va ser desenvolupat posteriorment en Mesoamèrica. El primer calendari va poder haver creat l'últim període glacial, per una societat de caçadors-recol·lectors que van emprar eines com com 'pals' i 'ossos' per traçar mitjançant alineaments l'ombra dels mateixos o les aparicions de certs astres o com recompte de les fases de la lluna o de les estacions. Es construeixen per aquesta època disposicions en forma de cercles de pedra, com ara el famós Stonehenge, que van ser construïts en diferents parts del món, especialment en la Europa prehistòrica i són considerants com un dels primers calendaris utilitzats per predir les estacions i els esdeveniments anuals com ara els equinoccis sobre els solsticis. A causa de la manca de registre escrit d'aquestes societats megalítiques poc se sap de les construccions i de les tecnologies emprades.

L'ús dels sistemes horaris han anat parells a la història de la rellotgeria. Els primers sistemes horaris dividien el dia (el arc diürn del sol) a 12 hores, el que feia que les hores fossin més llargues a estiu, i més curtes a hivern. Aquesta divisió del temps va proporcionar l'anomenat sistema horari temporani. El sistema d'hores itàliques (Hora ab Occasu) i les hores babilòniques (Hora ab Ortu). Les hores canòniques (així com la seva subdivisió en dos grups de hores menors i hores grans) emprades en les comunitats cristianes.

Primers dispositius

Il·lustració de la clepsidra de Ctesibi datada al segle iii aC

Els dispositius que inicialment van mesurar el temps estaven directament lligats a l'observació dels moviments regulars dels astres al cel, un exemple d'això són els rellotges solars. La regularitat mostrada pels astres poc a poc es va anar simulant amb alguns dispositius bàsics de recompte com ara rellotges de sorra, clepsidres (rellotges d'aigua), rellotges de foc, etc. alguns d'ells es fonamentaven en l'observació de fenòmens regulars a la natura com pot ser el rellotges de marea. Aquests dispositius primitius eren capaços de mesurar el transcurs del temps amb molt poca precisó, en aquestes primeres etapes pot ser que no arribessin a fer més enllà d'un quart d'hora.

Els primers rellotges solars a occident van ser construïts gràcies als coneixements astronòmics dels egipcis que els permet orientar la piràmide de Keops, 2550 aC, mitjançant referències estel·lars. Mil anys després, en l'època del faraó Tuthmosis III (c. 1500 aC), es dissenya un instrument anomenat setjat ; es tracta d'un petit rellotge solar per mesurar el temps mitjançant la longitud de les ombres que constava de dues peces prismàtiques, pètries, d'uns tres decímetres de longitud, situades perpendicularment, on una tenia marcades les hores i una altra servia de agulla . Va haver de ser un instrument molt popular entre els sacerdots egipcis doncs, per les seves dimensions, permetia que fos un instrument portàtil. Els primers rellotges solars es construïen mitjançant la projecció de la ombres d'un ortostilos* sobre una superfície reglada.

En el cas dels rellotges de sorra la gravetat força a lliscar els fins grans de sorra procedents d'una ampolleta de vidre que queien lliscant per una buit a una ampolla inferior, aquest temps es mitjana en forma d'interval quan parava de caure els grans de areba* causa del buidatge de la ampolleta superior. Aquest tipus de rellotges podria arribés mesurar fins a un quart d'hora. Els rellotges d'aigua (clepsidres) tenien un funcionament similar mitjançant l'ús de líquids en comptes de sorra i d'aquesta forma el degoteig anava marcant el transcurs del temps, en alguns casos un flotador amb un índex de nivell feia d'indicador de l'hora. La millora i estudi detallat dels mecanismes que regulaven aquests primers dispositius va fer que fos poc a poc apareixent un mecanisme rudimentari capaç d'oscil·lar mecànicament: es tractaven dels primers rellotges abans de la introducció del pèndol en el mecanisme.

És en plena edat mitjana quan el rei Alfons X el Savi al segle xiii dins de les seves obres astronòmiques on esmenta un conjunt de possibilitats de mesurar el temps, En una recopilació sobre els llibres sobre rellotges parla dels rellotges de sol i de les clepsidres, així com rellotges elaborats amb foc, mercuri (Relogio l'argent viu), etc. Traient l'existència del misteriós mecanisme d'Anticitera no hi ha notícies de rellotges mecànics anteriors a aquesta data.

Rellotges de sol i de astres

Article principal: Rellotge solar

Els rellotges de sol han acompanyat la humanitat des dels primers temps en què hi va haver la curiositat astronòmica d'observar el transcurs del temps amb la simple observació directa o indirecta del moviment dels astres. En el cas dels rellotges de sol l'observació i mesura de l'evolució de l'ombra d'un stilo sobre una escala indica el pas del temps. És molt possible que els primers dispositius solars estiguessin dedicats a proporcionar més una informació relativa al calendari, indicant el pas de les estacions. D'aquesta manera es tenen disposicions de pedres allargades i ordenadament disposades per produir "alineaments" específics com és el cas de Stonehenge.

Rellotges d'Aigua i Sorra

Article principal: Clepsidra

L'ús documentat de dispositius de mesura del temps mitjà de aigua (anomenats també clepsidres) es remunta a la Dinastia Shang i la seva introducció en Xina potser provinguera de Mesopotàmia en algun instant durant el segon mil·lenni davant Sde Crist. Durant la dinastia Han (202 aC) es van fer millores en els dispositius d'aigua i se'ls va ser incloent un flotador capaç de fer de fidel. Un dels precursors de les clepsidres primitives és Zhang Heng, les millores realitzades van ser documentades posteriorment per l'inventor i científic Shen Kuo. Durant la dinastia Sui els inventors: Geng Xun i Yuwen Kai van ser els primers a crear la clepsidra equilibrada amb posicions estàndard gràcies a l'ús d'una balança de ferro La clepsidra equilibrada permetia l'ajust estacional de les hores (sistema temporani) mitjançant el control del flux d'aigua.

Durant el segle iii aC el matemàtic grec Ctesibi va elaborar diversos rellotges d'aigua com a resultat dels seus estudis a hidràulica. Posteriorment Plató fa menció d'un dispositiu hidràulic que feia servir com a rellotge despertador dels alumnes en l'acadèmia d'Atenes. Els usos més documentats d'aquests rellotges d'aigua eren en la mesura dels intervals de temps dels oradors dels tribunals, així apareix en el Teetet de Plató.

Els enginyers àrabs del segle xiii, durant el que s'anomena com edat d'Or de l'Islam, perfeccionament les diverses clepsidres que provenien d'orient, un exemple és Al Khazària que l'any 1206 va fer diversos estudis relatius als rellotges d'aigua elaborats pels xinesos, coneixement que va acabar reflectint en un rellotge anomenat rellotge elefant.

Rellotges de foc

Els rellotges de foc comprenen una categoria de dispositius en els que l'evolució d'una simple diu o la combustió regular d'un material indiquen el pas del temps en ser comparats amb una escala. Es desconeix per complet des de quan es van començar a emprar aquest tipus de rellotges. Alguns com els rellotges de vela van ser molt importants en l'edat mitjana encara que la seva primera referència escrita data de l'any 520 quan es descriu en un poema de You Jianguo i en ell es menciona com aquest rellotge de vela s'empra per determinar les hores de la nit. Rellotges similars es van emprar a Japó fins al segle x. Un dels rellotges de foc més esmentats data de l'època de Alfred el Gran.

Aparició del rellotge mecànic

Els rellotges comencen a construir amb peces mecàniques mòbils a finals del segle xiii i la seva mida és tan gran que se sol ubicar a catedral és, esglésies i llocs públics de interès com poden ser ajuntaments. La ubicació d'aquests instruments era en llocs alts, generalment torres on es podria tocar les campanes i poder distribuir els senyals horaris a la població. En aquesta època alguns rellotges es construïen amb sonajería unida mecànicament als mecanismes propis del rellotge. Molts d'aquests primitius rellotges no tenien una esfera visible a l'exterior, fins i tot es caracteritzaven per tenir una sola agulla (no posseïen minuters). Durant el període de la alta edat mitjana els senyals horaris dels campanar s corresponien en algunes comunitats religioses a les hores canòniques, no al temps civil. La clau de tocs de campana per a cadascuna d'aquestes hores la va descobrir l'investigador Antonio Simoni l'any 1933. És molt possible que en les primeres èpoques d'aparició dels rellotges mecànics aquests s'ajustaran mitjançant l'ús de rellotges de sol o meridans. En aquella època quan es feien servir els rellotges mecànics era molt habitual ajustar dues vegades al dia amb els rellotges solars o meridianes per poder assegurar la precisió dels mateixos.

Aparició del pèndol

En la investigació que es va realitzant en les diferents comunitats científiques al llarg de l'alta edat mitjana es va buscant un mètode capaç de regular la maquinària d'un rellotge. Un dels primers investigadors és Galileo Galilei encarregat d'idear per primera vegada a Occident la possibilitat de regular mitjançant el pèndol una maquinària d'un rellotge. Malgrat que Galileu estudiés la cinemàtica del pèndol amb detall abans de l'any 1582, es pot dir que mai va construir un rellotge basat en l'ús d'aquest element.

Reducció de maquinària

Un rellotge de butxaca.

Els descobriments i millores introduïdes pels inventors del segle XVII es van acumulant en rellotges mecànics cada vegada més precisos i regulars. Les millores incloure la possibilitat de reduir la mida de les maquinàries de forma progressiva, fins aconseguir que els rellotges fossin portables . Poder consultar el temps en qualsevol instant va ser un dels grans avenços de la rellotgeria.

Rellotge de canell

Article principal: Rellotge de canell

Rellotge de pèndol de l'època de Christian Huygens.

Ja l'any 1904, l'aviador Alberto Santos-Dumont preguntava al seu amic francès rellotger anomenat Louis Cartier perquè li dissenyés i construís un rellotge útil durant els seus vols. El rellotge de polsera ja havia estat inventat per Patek Philippe l'any 1868 com un "rellotge de polsera femení ", dissenyat més com un objecte de joieria. Com el rellotge de butxaca era molt poc pràctic per a l'aviació, Louis Cartier va crear a Sants un rellotge de canell, el primer rellotge de canell dissenyat per a ser d'ús pràctic. Una de les fites històrics dels rellotges de polsera va ocórrer quan el Omega Speedmaster Professional va ser elegit per la NASA com el cronògraf per als astronautes del Programa Apollo.

Cronòmetres i cronògraf

El problema de la longitud sorgeix en el segle xviii a causa dels esforços marins per determinar amb precisió la longitud. Com a solució a aquest problema es fixa l'atenció en la millora dels cronògraf marins que són dispositius de gran precisió capaços de mantenir regularment la seva marxa durant llargs períodes, fins i tot en situacions adverses com la Mar . El desenvolupament d'aquest tipus de rellotges va arribar al seu auge gràcies al rellotger anglès John Harrison (1693-1776) que durant gairebé 30 anys de la seva vida va incorporant millores tècniques als rellotges elaborats per ell. J. Harrison denomina als seus rellotges ' H-1 ' (Harrison primer), fins al ' H-5 '. Cada un dels rellotges de Harrison incorporaven no només millores en la precisió, sinó que a més eren més i més petits i manejables.

Bibliografia

• Bartky, Ian R. The Adoption of Standard Time. 30, 1989, pp. 25-56. DOI 10.2307/3105430. 
• Breasted, James H., "The Beginnings of Time Measurement and the Origins of Our Calendar", in Time and its Mysteries, a sèries of lectures presented per l'James Arthur Foundation, New York University, New York: New York University Press, 1936, pp. 59-96.
• Cowan, Harrison J. Time and Its Measurements. Cleveland: World Publishing Company, 1958, p. 159. 
• Dohrn-Van Rossum, Gerhard. History of the Hour: Clocks and Modern temporal Orders. Chicago: University of Chicago Press, 1996, p. 463. ISBN 0226155102. 
• Garver, Thomas H. Keeping Time. 8, 1992, pp. 8-17. 
• Goudsmit, Samuel A.; Claiborne, Robert; Millikan, Robert A.; et al. Time. New York: Time Inc, 1996. 
• Hellwig, Helmut; Evenson, Kenneth M.; Wineland, David J.. Time, Frequency and Physical Measurement. 23, 1978, pp. 23-30. 
• Hood, Peter. How Time Is Measure. London: Oxford University Press, 1955, p. 64. ISBN 0198366159. 
• Howse, Derek. Greenwich Time and the Discovery of the Longitude. Philip Wilson Publishers, Ltd, 1980, p. 254. ISBN 978-0192159488. 
• Humphrey, Henry; O'Meara-Humphrey, Deirdre. When is Now?: Experiments with Time and Timekeeping Devices. Doubleday Publishing, 1980, p. 79. ISBN 0385132158. 
• etin, Wayne M.; Ramsey, Norman F.. Accurate Measurement of Time. 269, 1993, pp. 56-65. 
• Jespersen, James; Hanson, D. Wayne. Special Issue on Time and Frequency. 74, 1991. 
• Jespersen, James; Fitz-Randolph, Jane. From Sundials to Atomic Clocks: Understanding Time and Frequency 2nd (revised) edition. Mineola, New York: Dover Publications, 2000, p. 345. ISBN 0486409139. 
• Jones, Tony. splitting the Second: The Story of Atomic Timekeeping. Bristol, UK: Institute of Physics Publishing, 2000, p. 199. ISBN 978-0750306409. 
• Landes, Davis S. A Revolution in Time: Clocks and the Making of the Modern World. Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press, 2000, p. 518. ISBN 978 -0674768000. 
• Lombardi, Michael A., NIST Time and Frequency Services, NIST Special Publication 432 *, revised 2002.
• Mayr, Otto. The Origins of Feedback Control. 223, 1970, pp. 110-118. 
• Merriam, John C., "Time and Change in History", Time and Its Mysteries, (see Breasted above), pp. 23-38.
• Millikan, Robert A., "Time", Time and Its Mysteries, (see Breasted above) pp. 3-22.
• Morris, Richard. Time's Arrows: Scientific Attitudes Toward Time. New York: Simon and Schuster, 1985, p. 240. ISBN 978-0671617660. 
• Needham, Joseph; Ling, Wang, escorxar Price, Derek J.. Heavenly Clockwork: The Great Astronomical Clocks of Medieval Xina. Cambridge: Cambridge University Press, 1986, p. 253. ISBN 978-0521322768. 
• Priestley, John Boynton. Man and Time. Garden City, New York: Doubleday, 1964, p. 319. 
• Seidelmann, P. Kenneth, ed., Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac, Sausalito, Qualificació.: University Science Books, 1992.
• Shallies, Michael. On Time: An Investigation into Scientific Knowledge and Human Experience. New York: Schock Books, 1983, p. 208. ISBN 978-0805238532. 
• Snyder, Wilbert F. and Charles A. Bragaw, "In the Domains of Time and Frequency" (Chapter 8), Achievement in Ràdio, NIST Special Publication 555 *, 1986.
• Thompson, David, The History of Watches , New York: Abbeville Press, 2008.
• Waugh, Alexander. Time: Its Origin, Its Enigma, Its History. Carroll & Graf Publishing, 1998, p. 280. ISBN 0786707674. 

References