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Cronómetro marino

El «Cronómetro» marino de Jeremy Thacker utilizaba cardanes y un vacío en un frasco de campana.
Más información: Historia de la longitud

Para determinar una posición en la superficie terrestre, es necesario y suficiente conocer la latitud, la longitud y la altitud. Las consideraciones de altitud pueden ignorarse, naturalmente, en el caso de los buques que operan a nivel del mar. Hasta mediados de la década de 1750, la navegación precisa en el mar fuera de la vista de la tierra era un problema sin resolver debido a la dificultad de calcular la longitud. Los navegantes podían determinar su latitud midiendo el ángulo del sol al mediodía (es decir, cuando alcanzaba su punto más alto en el cielo, o la culminación) o, en el hemisferio norte, medir el ángulo de Polaris (la estrella polar) desde el horizonte (normalmente durante el crepúsculo). Sin embargo, para encontrar su longitud, necesitaban un patrón de tiempo que funcionara a bordo de un barco. La observación de los movimientos celestes regulares, como el método de Galileo basado en la observación de los satélites naturales de Júpiter, no solía ser posible en el mar debido al movimiento del barco. El método de las distancias lunares, propuesto inicialmente por Johannes Werner en 1514, se desarrolló paralelamente al cronómetro marino. El científico holandés Gemma Frisius fue el primero en proponer el uso de un cronómetro para determinar la longitud en 1530.

El objetivo de un cronómetro es medir con precisión la hora de un lugar fijo conocido, por ejemplo la hora media de Greenwich (GMT). Esto es especialmente importante para la navegación. Conocer la hora GMT del mediodía local permite al navegante utilizar la diferencia horaria entre la posición del barco y el meridiano de Greenwich para determinar la longitud del barco. Como la Tierra gira a un ritmo regular, la diferencia horaria entre el cronómetro y la hora local del barco puede utilizarse para calcular la longitud del barco con respecto al meridiano de Greenwich (definido como 0°) utilizando la trigonometría esférica. En la práctica moderna, un almanaque náutico y las tablas trigonométricas de reducción de la vista permiten a los navegantes medir el Sol, la Luna, los planetas visibles o cualquiera de las 57 estrellas seleccionadas para la navegación en cualquier momento en que el horizonte sea visible.

La creación de un reloj que funcionara de forma fiable en el mar era difícil. Hasta el siglo XX, los mejores cronómetros eran los de péndulo, pero tanto el balanceo de un barco en el mar como las variaciones de hasta el 0,2% en la gravedad de la Tierra hacían inútil un simple péndulo basado en la gravedad, tanto en la teoría como en la práctica.

Primeros ejemplosEditar

Henry Sully (1680-1729) presentó un primer cronómetro marino en 1716

Christiaan Huygens, tras su invención del reloj de péndulo en 1656, realizó el primer intento de cronómetro marino en 1673 en Francia, bajo el patrocinio de Jean-Baptiste Colbert. En 1675, Huygens, que recibía una pensión de Luis XIV, inventó un cronómetro que empleaba un volante y un muelle espiral para su regulación, en lugar de un péndulo, abriendo el camino a los cronómetros marinos y a los modernos relojes de bolsillo y de pulsera. Obtuvo de Colbert una patente para su invento, pero su reloj seguía siendo impreciso en el mar. El intento de Huygens en 1675 de obtener una patente inglesa de Carlos II estimuló a Robert Hooke, que afirmaba haber concebido un reloj de muelle años antes, a intentar producir uno y patentarlo. Durante 1675, Huygens y Hooke entregaron cada uno dos dispositivos de este tipo a Carlos, pero ninguno funcionó bien y ni Huygens ni Hooke recibieron una patente inglesa. Fue durante este trabajo que Hooke formuló lo que se conoce como la Ley de Hooke.

El cronómetro marino H1 de John Harrison de 1735

El primer uso publicado del término fue en 1684 en Arcanum Navarchicum, una obra teórica del profesor de Kiel Matthias Wasmuth. A esto le siguió otra descripción teórica de un cronómetro en las obras publicadas por el científico inglés William Derham en 1713. La principal obra de Derham, Physico-theology, o una demostración del ser y los atributos de Dios a partir de sus obras de creación, también proponía el uso del sellado al vacío para garantizar una mayor precisión en el funcionamiento de los relojes. Los intentos de construir un cronómetro marino funcional fueron iniciados por Jeremy Thacker en Inglaterra en 1714, y por Henry Sully en Francia dos años más tarde. Sully publicó su trabajo en 1726 con Une Horloge inventée et executée par M. Sulli, pero ni sus modelos ni los de Thacker fueron capaces de resistir el vaivén de los mares y de mantener la hora exacta en condiciones de navegación.

Dibujos del cronómetro H4 de Harrison de 1761, publicados en The principles of Mr Harrison’s time-keeper, 1767.

En 1714, el gobierno británico ofreció un premio de longitud para un método de determinación de la longitud en el mar, cuyos premios oscilaban entre 10.000 y 20.000 libras (entre 2 y 4 millones de libras en términos de 2021) dependiendo de la precisión. John Harrison, un carpintero de Yorkshire, presentó un proyecto en 1730, y en 1735 completó un reloj basado en un par de vigas contrapesadas conectadas por resortes cuyo movimiento no estaba influenciado por la gravedad o el movimiento de un barco. Sus dos primeros relojes de mar H1 y H2 (terminados en 1741) utilizaron este sistema, pero se dio cuenta de que tenían una sensibilidad fundamental a la fuerza centrífuga, lo que significaba que nunca podrían ser lo suficientemente precisos en el mar. La construcción de su tercera máquina, denominada H3, en 1759, incluyó novedosas balanzas circulares y la invención de la banda bimetálica y los cojinetes de rodillos enjaulados, inventos que aún se utilizan ampliamente. Sin embargo, los equilibrios circulares de la H3 seguían siendo demasiado inexactos y finalmente abandonó las máquinas grandes.

Cronómetro marino nº 3 de Ferdinand Berthoud, 1763

Harrison resolvió los problemas de precisión con su diseño de cronómetro H4, mucho más pequeño, en 1761. El H4 se parecía mucho a un gran reloj de bolsillo de cinco pulgadas (12 cm) de diámetro. En 1761, Harrison presentó el H4 para el premio de longitud de 20.000 libras. Su diseño utilizaba un volante de marcha rápida controlado por un muelle espiral de temperatura compensada. Estas características se mantuvieron hasta que los osciladores electrónicos estables permitieron fabricar relojes portátiles muy precisos a un coste asequible. En 1767, la Junta de Longitudes publicó una descripción de su trabajo en The Principles of Mr. Harrison’s time-keeper. Una expedición francesa al mando de Charles-François-César Le Tellier de Montmirail realizó la primera medición de la longitud utilizando cronómetros marinos a bordo del Aurore en 1767.

Desarrollo modernoEditar

Cronómetro marino Pierre Le Roy, 1766, fotografiado en el Museo de Artes y Oficios de París

En Francia, en 1748, Pierre Le Roy inventó el escape de retención característico de los cronómetros modernos. En 1766, creó un revolucionario cronómetro que incorporaba el escape con retén, el volante con compensación de temperatura y la espiral isócrona: Harrison demostró la posibilidad de tener un cronómetro fiable en el mar, pero estos desarrollos de Le Roy son considerados por Rupert Gould como la base del cronómetro moderno. Las innovaciones de Le Roy hicieron del cronómetro una pieza mucho más precisa de lo que se había previsto.

El cronómetro H5 de Harrison de 1772, ahora expuesto en el Museo de la Ciencia de Londres

Ferdinand Berthoud en Francia, así como Thomas Mudge en Gran Bretaña también produjeron con éxito cronómetros marinos. Aunque ninguno era sencillo, demostraron que el diseño de Harrison no era la única respuesta al problema. Los mayores avances hacia la practicidad vinieron de la mano de Thomas Earnshaw y John Arnold, quienes en 1780 desarrollaron y patentaron escapes simplificados, con «muelle de retención», trasladaron la compensación de temperatura al volante y mejoraron el diseño y la fabricación de los muelles del volante. Esta combinación de innovaciones sirvió de base a los cronómetros marinos hasta la era electrónica.

El cronómetro Ferdinand Berthoud no. 24 (1782), expuesto en el Museo de Artes y Oficios de París

La nueva tecnología era inicialmente tan cara que no todos los barcos llevaban cronómetros, como ilustra el fatídico último viaje del navío Arniston de las Indias Orientales, que naufragó con la pérdida de 372 vidas. Sin embargo, en 1825, la Royal Navy había comenzado a suministrar rutinariamente a sus buques cronómetros.

En aquella época era habitual que los barcos observaran una bola de tiempo, como la del Real Observatorio de Greenwich, para comprobar sus cronómetros antes de partir en un largo viaje. Todos los días, los barcos anclaban brevemente en el río Támesis en Greenwich, esperando que la bola del observatorio cayera exactamente a la 1 de la tarde. Esta práctica fue en parte responsable de la posterior adopción de la hora media de Greenwich como norma internacional. (Las bolas horarias dejaron de ser necesarias en torno a 1920 con la introducción de las señales horarias de radio, que a su vez han sido sustituidas en gran medida por la hora del GPS). Además de ajustar la hora antes de emprender un viaje, los cronómetros de los barcos también verificaban rutinariamente su exactitud mientras estaban en el mar realizando observaciones lunares o solares. En su uso típico, el cronómetro se montaba en un lugar protegido bajo la cubierta para evitar daños y la exposición a los elementos. Los marineros utilizaban el cronómetro para ajustar el llamado «reloj de pirata», que se llevaba a cubierta para realizar las observaciones astronómicas. Aunque era mucho menos preciso (y caro) que el cronómetro, el reloj pirata era satisfactorio durante un corto período de tiempo después de ajustarlo (es decir, el tiempo suficiente para realizar las observaciones).

Aunque los métodos de producción industrial comenzaron a revolucionar la relojería a mediados del siglo XIX, la fabricación de cronómetros siguió siendo artesanal durante mucho más tiempo. Hacia finales del siglo XX, fabricantes suizos como Ulysse Nardin dieron grandes pasos hacia la incorporación de métodos de producción modernos y el uso de piezas totalmente intercambiables, pero no fue hasta el inicio de la Segunda Guerra Mundial cuando la Hamilton Watch Company de Estados Unidos perfeccionó el proceso de producción en masa, lo que le permitió producir miles de sus cronómetros Hamilton Modelo 21 y Modelo 22 de la Segunda Guerra Mundial para la Armada de Estados Unidos & y otras marinas aliadas. A pesar del éxito de Hamilton, los cronómetros fabricados a la antigua usanza nunca desaparecieron del mercado durante la era de los cronómetros mecánicos. Thomas Mercer Chronometers se encuentra entre las empresas que siguen fabricándolos.

Sin su precisión y la exactitud de las hazañas de navegación que permitían los cronómetros marinos, es discutible que el ascenso de la Royal Navy, y por extensión el del Imperio Británico, no se hubiera producido de forma tan abrumadora; la formación del imperio por las guerras y las conquistas de colonias en el extranjero tuvo lugar en un periodo en el que los barcos británicos disponían de una navegación fiable gracias al cronómetro, mientras que sus oponentes portugueses, holandeses y franceses no. Por ejemplo: los franceses estaban bien establecidos en la India y otros lugares antes que Gran Bretaña, pero fueron derrotados por las fuerzas navales en la Guerra de los Siete Años.

La colección internacional más completa de cronómetros marinos, incluyendo los H1 a H4 de Harrison, se encuentra en el Real Observatorio de Greenwich, en Londres, Reino Unido.

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