Historia de los dispositivos de cronometraje

La historia de los dispositivos para medir el tiempo se remonta a cuando las civilizaciones antiguas observaron por primera vez los cuerpos astronómicos en su movimiento por el cielo. Los dispositivos y métodos para medir el tiempo han mejorado gradualmente gracias a una serie de nuevos inventos, comenzando con la medición del tiempo mediante procesos continuos, como el flujo de líquido en los relojes de agua, pasando por los relojes mecánicos y, finalmente, por procesos repetitivos y oscilatorios, como la oscilación de los péndulos. Los cronometradores oscilantes se utilizan en los relojes modernos.Los relojes de sol y de agua se utilizaron por primera vez en el antiguo Egipto alrededor del año 1200 a. C. y, posteriormente, por los babilonios, los griegos y los chinos. Los relojes de incienso ya se utilizaban en China para el siglo VI. En la época medieval, los relojes de agua islámicos no tuvieron rival en sofisticación hasta mediados del siglo XIV. El reloj de arena, inventado en Europa, fue uno de los pocos métodos fiables para medir el tiempo en el mar.En la Europa medieval, los relojes puramente mecánicos se desarrollaron tras la invención de la alarma de campanas, utilizada para señalar la hora exacta del repique de las campanas monásticas. El reloj mecánico accionado por pesas, controlado por la acción de una verge y un foliot, fue una síntesis de ideas anteriores de la ciencia europea e islámica. Los relojes mecánicos representaron un gran avance, especialmente diseñado y construido por Henry de Vick en c. 1360, que sentó las bases del diseño relojero para los siguientes 300 años. Se añadieron avances menores, como la invención del resorte real a principios del siglo XV, que permitió la construcción de relojes pequeños por primera vez.La siguiente gran mejora en la construcción de relojes, a partir del siglo XVII, fue el descubrimiento de que los relojes podían controlarse mediante osciladores armónicos. Leonardo da Vinci produjo los primeros dibujos conocidos de un péndulo entre 1493 y 1494, y en 1582 Galileo Galilei investigó la oscilación regular del péndulo, descubriendo que la frecuencia dependía únicamente de la longitud, no del peso. El reloj de péndulo, diseñado y construido por el erudito holandés Christiaan Huygens en 1656, era mucho más preciso que otros tipos de cronometradores mecánicos, por lo que pocos mecanismos de verge y foliot han sobrevivido. Otras innovaciones en la cronometración durante este período incluyen las invenciones de los relojes de sonería, el reloj de repetición y el escape de péndulo muerto.Los factores de error en los primeros relojes de péndulo incluían la variación de temperatura, un problema abordado durante el siglo XVIII por los relojeros ingleses John Harrison y George Graham. Tras el desastre naval de Scilly en 1707, tras el cual los gobiernos ofrecieron un premio a quien descubriera la manera de determinar la longitud, Harrison construyó una serie de relojes precisos, introduciendo el término cronómetro. El reloj eléctrico, inventado en 1840, se utilizó para controlar los relojes de péndulo más precisos hasta la década de 1940, cuando los temporizadores de cuarzo se convirtieron en la base para la medición precisa del tiempo y la frecuencia.El reloj de pulsera, reconocido como una valiosa herramienta militar durante la Guerra de los Bóers, se popularizó después de la Primera Guerra Mundial, con variantes que incluían modelos no magnéticos, de batería y solares, además de la introducción de piezas de cuarzo, transistores y plástico. Desde principios de la década de 2010, los teléfonos inteligentes y los relojes inteligentes se han convertido en los dispositivos de cronometraje más comunes.Los dispositivos de cronometraje más precisos que se utilizan en la práctica hoy en día son los relojes atómicos, que pueden tener una precisión de unas pocas milmillonésimas de segundo al año y se utilizan para calibrar otros relojes e instrumentos de cronometraje.

Las civilizaciones antiguas observaban los cuerpos astronómicos, a menudo el Sol y la Luna, para determinar el tiempo. Según el historiador Eric Bruton, es probable que Stonehenge fuera el equivalente en la Edad de Piedra a un observatorio astronómico, utilizado para eventos estacionales y anuales como equinoccios o solsticios. Dado que las civilizaciones megalíticas no dejaron una historia documentada, se sabe poco sobre sus métodos de medición del tiempo. El monumento del calendario Warren Field se considera actualmente el calendario lunisolar más antiguo encontrado hasta la fecha.Los mesoamericanos modificaron su sistema habitual de conteo vigesimal (base 20) al trabajar con calendarios para producir un año de 360 días. Los aborígenes australianos comprendían bien el movimiento de los objetos celestes y utilizaban sus conocimientos para construir calendarios y facilitar la navegación; la mayoría de las culturas aborígenes tenían estaciones bien definidas, determinadas por los cambios naturales a lo largo del año, incluyendo los fenómenos celestes. Las fases lunares se utilizaban para marcar periodos de tiempo más cortos; los yaraldi de Australia Meridional son uno de los pocos pueblos registrados que contaban con una forma de medir el tiempo durante el día, que se dividía en siete partes según la posición del sol.Todos los cronometradores anteriores al siglo XIII se basaban en métodos que utilizaban un dispositivo en movimiento continuo. Ningún método primitivo para medir el tiempo cambiaba a un ritmo constante. Los dispositivos y métodos para medir el tiempo han mejorado continuamente gracias a una larga serie de nuevos inventos e ideas.

Los primeros dispositivos utilizados para medir la posición del Sol fueron los relojes de sombra, que posteriormente se convirtieron en el reloj de sol. El reloj de sol más antiguo conocido data del c. 1200 a. C. (durante la Dinastía XIX) y fue descubierto en el Valle de los Reyes en 2013. Los obeliscos podían indicar si era de mañana o de tarde, así como los solsticios de verano e invierno. Un tipo de reloj de sombra se desarrolló c. 500 a. C., con una forma similar a una escuadra curva. Medía el paso del tiempo mediante la sombra proyectada por su travesaño, se orientaba hacia el este por la mañana y se giraba al mediodía para proyectar su sombra en la dirección opuesta.En la Biblia se hace referencia a un reloj de sol en 2 Reyes 20:9-11, cuando se registra que Ezequías, rey de Judea durante el siglo VIII a. C., fue sanado por el profeta Isaías y pidió una señal de recuperación:

Y Isaías dijo: Esta señal tendrá del Señor, que el Señor hará lo que él ha dicho: ¿La sombra irá adelante diez grados, o volverá diez grados? Y Ezequías respondió: Es algo de luz para que la sombra descienda diez grados: no, pero deja que la sombra vuelva atrás diez grados. Y el profeta Isaías clamó al Señor: y llevó la sombra diez grados hacia atrás, por la cual había descendido en la esfera de Acaz.

Una tablilla de arcilla de finales del período babilónico describe la longitud de las sombras en diferentes épocas del año. Al escritor babilónico Beroso (fl.siglo III a. C.) se le atribuye, según los griegos, la invención de un reloj de sol hemisférico tallado en piedra; la trayectoria de la sombra se dividía en 12 partes para marcar el tiempo. Los relojes de sol griegos evolucionaron hasta volverse muy sofisticados: el Analema de Ptolomeo, escrito en el siglo II d. C., utilizó una forma temprana de trigonometría para determinar la posición del Sol a partir de datos como la hora del día y la latitud geográfica.Los romanos heredaron el reloj de sol de los griegos. El primer reloj de sol llegó a Roma en el año 264 a. C., procedente de Catania, Sicilia. Este reloj innovó las horas del horologium a lo largo del día, mientras que antes los romanos simplemente dividían el día en madrugada y mediodía (melena y ante merididiem). Sin embargo, surgieron problemas astronómicos inesperados; este reloj marcó la hora incorrecta durante un siglo. Este error no se detectó hasta el año 164 a. C., cuando el censor romano vino a comprobarlo y ajustarlo a la latitud adecuada.Según el historiador alemán de astronomía Ernst Zinner, los relojes de sol se desarrollaron durante el siglo XIII con escalas que indicaban la misma hora. El primero, basado en el tiempo polar, apareció en Alemania alrededor de 1400; una teoría alternativa propone que un reloj de sol de Damasco que medía el tiempo polar data de 1372. Los tratados europeos sobre el diseño de relojes de sol aparecieron alrededor de 1500.Un método egipcio para determinar la hora durante la noche, utilizado al menos desde el año 600 a. C., era una especie de plomada llamada merkhet. Se creaba un meridiano norte-sur utilizando dos merkhets alineados con Polaris, la estrella polar norte. La hora se determinaba observando determinadas estrellas a medida que cruzaban el meridiano.El Jantar Mantar de Jaipur, construido en 1727 por Jai Singh II, incluye el Vrihat Samrat Yantra, un reloj de sol de 27 m de altura. Indica la hora local con una precisión de aproximadamente dos segundos.

La descripción más antigua de una clepsidra, o reloj de agua, proviene de la inscripción de la tumba de un funcionario de la corte egipcia de principios de la dinastía XVIII (c. 1500 a. C.) llamado Amenemhet, identificado como su inventor. Se supone que el objeto descrito en la inscripción es un cuenco con marcas que indican la hora. El reloj de agua más antiguo que se conserva se encontró en la tumba del faraón Amenhotep III (c. 1417-1379 a. C.). No existen ejemplos reconocidos de relojes de agua con manantial en la antigua Mesopotamia, pero se conservan referencias escritas.La introducción del reloj de agua en China, quizás procedente de Mesopotamia, se remonta al segundo milenio a. C., durante la dinastía Shang, y a más tardar al primer milenio a. C. Alrededor del año 550 d. C., Yin Kui (殷蘷) fue el primero en China en escribir sobre el tanque de rebose o de nivel constante en su libro "Lou ke fa (漏刻法)". Alrededor del año 610, dos inventores de la dinastía Sui, Geng Xun (耿詢) y Yuwen Kai (宇文愷), crearon la primera clepsidra de equilibrio, con posiciones estándar para la balanza romana. En el año 721, el matemático Yi Xing y el funcionario gubernamental Liang Lingzan regularon la potencia del agua que impulsaba un reloj astronómico, dividiéndola en impulsos unitarios para poder replicar el movimiento de los planetas y las estrellas. En 976, el astrónomo de la dinastía Song, Zhang Sixun, abordó el problema de la congelación del agua de las clepsidras en climas fríos, sustituyéndola por mercurio líquido. En 1088, el erudito Su Song construyó una torre de reloj astronómico accionada por agua, que contaba con el primer mecanismo de cadena de transmisión de energía sin fin conocido.

Los filósofos griegos Anaxágoras y Empédocles hicieron referencia a relojes de agua que se utilizaban para imponer límites de tiempo o medir el paso del tiempo. Se supone que el filósofo ateniense Platón inventó un despertador que utilizaba bolas de plomo que caían ruidosamente sobre una bandeja de cobre para despertar a sus alumnos.Un problema con la mayoría de las clepsidras era la variación en el flujo de agua debido al cambio de presión del fluido, lo cual se solucionó a partir del año 100 a. C., cuando se le dio forma cónica al recipiente de agua del reloj. Se volvieron más sofisticadas con la incorporación de innovaciones como gongs y mecanismos móviles. Existe evidencia sólida de que la Torre de los Vientos de Atenas, del siglo I a. C., contaba en su día con un reloj de agua y una veleta, además de los nueve relojes de sol verticales aún visibles en el exterior. En la tradición griega, las clepsidras se utilizaban en la corte, una práctica adoptada posteriormente por los antiguos romanos.Ibn Khalaf al-Muradi, en el Al-Ándalus medieval, describió un reloj de agua que empleaba engranajes segmentarios y epicicloidales. Los relojes de agua islámicos, que utilizaban complejos trenes de engranajes e incluían conjuntos de autómatas, no tuvieron rival en sofisticación hasta mediados del siglo XIV. Se desarrollaron mecanismos accionados por líquido (con flotadores pesados y un sistema de presión constante) que permitían que los relojes de agua funcionaran a menor velocidad. Algunos argumentan que el primer reloj de engranajes conocido fue inventado por el gran matemático, físico e ingeniero Arquímedes durante el siglo III a. C. Arquímedes creó su reloj astronómico, que también era un reloj de cuco con pájaros cantando y moviéndose cada hora. Es el primer reloj de carillón, ya que reproduce música simultáneamente con el parpadeo de una persona, sorprendida por el canto de los pájaros. El reloj de Arquímedes funciona con un sistema de cuatro pesas, contrapesos y cuerdas, regulado por un sistema de flotadores en un depósito de agua con sifones que regulan su marcha automática. Los principios de este tipo de reloj son descritos por el matemático y físico Hero, quien afirma que algunos de ellos funcionan con una cadena que hace girar un engranaje en el mecanismo.El Reloj de Agua Jayrun del siglo XII, ubicado en la Mezquita Omeya de Damasco, fue construido por Muhammad al-Sa'ati y posteriormente descrito por su hijo Ridwan ibn al-Sa'ati en su obra Sobre la Construcción de Relojes y su Uso (1203). Un sofisticado reloj astronómico accionado por agua fue descrito por Al-Jazari en su tratado sobre máquinas, escrito en 1206. Este reloj de castillo medía aproximadamente 3,4 m de altura. En 1235, un reloj accionado por agua que anunciaba las horas señaladas de oración y la hora tanto de día como de noche se alzaba en el vestíbulo de la Madraza Mustansiriya de Bagdad.

Los relojes de incienso se usaron por primera vez en China alrededor del siglo VI, principalmente con fines religiosos, pero también para reuniones sociales o por académicos. Debido a su frecuente uso de caracteres devanagari, el sinólogo estadounidense Edward H. Schafer ha especulado que los relojes de incienso se inventaron en la India. Dado que el incienso arde de manera uniforme y sin llama, los relojes eran seguros para su uso en interiores. Para marcar las diferentes horas, se utilizaban inciensos con diferentes aromas (elaborados con diferentes recetas).Las varillas de incienso utilizadas podían ser rectas o en espiral; las espirales estaban pensadas para largos periodos de uso y solían colgarse de los techos de casas y templos. Algunos relojes estaban diseñados para dejar caer pesas a intervalos regulares.Los relojes con sello de incienso tenían un disco grabado con una o más ranuras, en las que se colocaba el incienso. La longitud del rastro de incienso, directamente relacionada con el tamaño del sello, era el factor principal para determinar la duración del reloj; se ha estimado que para quemar 12 horas, el incienso recorría una distancia de unos 20 metros (66 pies). La introducción gradual de discos de metal, probablemente a partir de la dinastía Song, permitió a los artesanos crear sellos de diferentes tamaños con mayor facilidad, diseñarlos y decorarlos de forma más estética, y variar la trayectoria de las ranuras para adaptarse a la duración variable de los días del año. A medida que se disponía de sellos más pequeños, los relojes con sello de incienso se popularizaron y solían regalarse.En Persia se fabricaron sofisticados astrolabios para medir el tiempo con mecanismos de engranajes. Entre ellos se incluyen los construidos por el erudito Abū Rayhān Bīrūnī en el siglo XI y por el astrónomo Muhammad ibn Abi Bakr al-Farisi en c.1221. Un astrolabio de latón y plata (que también funciona como calendario), fabricado en Isfahán por al-Farisi, es la máquina más antigua que se conserva con sus engranajes intactos. Las aberturas en la parte posterior del astrolabio representan las fases lunares e indican la edad de la Luna; dentro de una escala zodiacal, hay dos anillos concéntricos que muestran las posiciones relativas del Sol y la Luna.Los astrónomos musulmanes construyeron diversos relojes astronómicos de gran precisión para su uso en sus mezquitas y observatorios, como el reloj astrolábico de Ibn al-Shatir a principios del siglo XIV.Una de las primeras referencias a un reloj de vela se encuentra en un poema chino, escrito en 520 por You Jianfu, quien escribió sobre la vela graduada como un medio para determinar el tiempo en la noche. Velas similares se usaron en Japón hasta principios del siglo X.Los anglosajones atribuyeron la invención del reloj de vela a Alfredo el Grande, rey de Wessex (r. 871-889), quien utilizaba seis velas marcadas a intervalos de una pulgada (25 mm), cada una hecha con 12 peniques de cera, de 12 centímetros (4,7 pulgadas) de altura y con un grosor uniforme.

El inventor musulmán del siglo XII, Al-Jazari, describió cuatro diseños diferentes de reloj de vela en su libro «Libro del Conocimiento de Ingeniosos Dispositivos Mecánicos». Su reloj de vela, llamado «escriba», se inventó para marcar el paso de 14 horas de igual duración: un mecanismo de ingeniería precisa hacía que una vela de dimensiones específicas se elevara lentamente, lo que hacía que un indicador se moviera a lo largo de una escala.El reloj de arena era uno de los pocos métodos fiables para medir el tiempo en el mar, y se ha especulado que se utilizaba a bordo de los barcos ya en el siglo XI, cuando habría complementado a la brújula como ayuda para la navegación. La primera evidencia inequívoca del uso de un reloj de arena aparece en la pintura «Alegoría del Buen Gobierno», del artista italiano Ambrogio Lorenzetti, de 1338.El navegante portugués Fernando de Magallanes utilizó 18 relojes de arena en cada barco durante su circunnavegación del mundo en 1522. Aunque se utilizaban en China, se desconoce su historia allí, pero no parece que se hayan usado antes de mediados del siglo XVI, ya que implica el uso del soplado de vidrio, un arte entonces enteramente europeo y occidental.A partir del siglo XV, los relojes de arena se utilizaron en una amplia gama de aplicaciones en el mar, en las iglesias, en la industria y en la cocina; fueron los primeros dispositivos de medición del tiempo fiables, reutilizables, razonablemente precisos y de fácil construcción. El reloj de arena adquirió significados simbólicos, como el de la muerte, la templanza, la oportunidad y el Padre Tiempo, generalmente representado por un anciano barbudo.La palabra inglesa clock apareció por primera vez en inglés medio como clok, cloke o clokke. Su origen no se conoce con certeza; podría ser un préstamo del francés o del neerlandés, y quizá se pueda rastrear hasta el latín posclásico clocca ('campana'). Fuentes irlandesas del siglo VII y germánicas del siglo IX registran que clock significa 'campana'.Tanto el judaísmo como el cristianismo y el islam tenían horarios reservados para la oración, aunque solo los cristianos debían asistir a las oraciones a horas específicas del día y de la noche; lo que la historiadora Jo Ellen Barnett describe como «una estricta adhesión a las oraciones repetitivas, recitadas muchas veces al día». Las alarmas, que sonaban con las campanas, avisaban al monje de turno para que tocara la campana monástica. Su alarma era un temporizador que utilizaba un mecanismo de escape para hacer sonar una pequeña campana. Este mecanismo fue el precursor del mecanismo de escape presente en los relojes mecánicos.

Las primeras innovaciones para mejorar la precisión del reloj de arena y del reloj de agua se produjeron en el siglo X, cuando se intentó ralentizar su velocidad mediante la fricción o la fuerza de la gravedad. La representación más antigua de un reloj accionado por una pesa colgante proviene de la Biblia de San Luis, un manuscrito iluminado realizado entre 1226 y 1234 que muestra un reloj que se ralentiza gracias al agua que actúa sobre una rueda. La ilustración parece indicar que los relojes accionados por pesas se inventaron en Europa occidental. Un tratado escrito por Roberto Anglicus en 1271 muestra que los artesanos medievales intentaban diseñar un reloj puramente mecánico (es decir, accionado únicamente por la gravedad) durante este período. Dichos relojes eran una síntesis de ideas anteriores derivadas de la ciencia europea e islámica, como los sistemas de engranajes, los accionamientos por pesas y los mecanismos de sonería.En 1250, el artista Villard de Honnecourt ilustró un dispositivo que marcó el inicio del desarrollo del escape. Otro precursor del escape fue la horología nocturna, que utilizaba un mecanismo de verge primitivo para accionar una aldaba que golpeaba continuamente una campana. El reloj de pesa fue probablemente una invención de Europa occidental, ya que la imagen de un reloj muestra una pesa que tira de un eje, cuyo movimiento se ralentiza mediante un sistema de agujeros que liberan agua lentamente. En 1271, el astrónomo inglés Robertus Anglicus escribió sobre sus contemporáneos que estaban desarrollando una forma de reloj mecánico.

La invención del escape de verge y foliot en c.1275 fue uno de los inventos más importantes tanto en la historia de la relojería como en la de la tecnología. Fue el primer tipo de regulador en la horología. Un verge, o eje vertical, gira mediante una corona accionada por un peso, pero un foliot le impide girar libremente. El foliot, que no puede vibrar libremente, oscila de un lado a otro, lo que permite que la rueda gire un diente a la vez. Si bien el verge y el foliot representaron un avance respecto a los cronometradores anteriores, era imposible evitar las fluctuaciones en la marcha causadas por los cambios en las fuerzas aplicadas; los primeros relojes mecánicos se reajustaban periódicamente mediante un reloj de sol.Aproximadamente al mismo tiempo que se inventó el escape, el poeta florentino Dante Alighieri utilizó imágenes de relojes para representar las almas de los bienaventurados en Paraíso, la tercera parte de la Divina Comedia, escrita a principios del siglo XIV. Podría ser la primera descripción literaria conocida de un reloj mecánico. Existen referencias a relojes de casa desde 1314 en adelante; se puede suponer que el desarrollo del reloj mecánico se produjo hacia 1325.Se construían grandes relojes mecánicos montados en torres para que la campana sonara directamente. El reloj de torre de la Catedral de Norwich, construido hacia 1273 (referencia a un pago por un reloj mecánico fechado en ese año), es el reloj de gran tamaño más antiguo que se conoce. Este reloj no se ha conservado. El primer reloj conocido que daba la hora regularmente, un reloj con mecanismo de verge y foliot, se registró en Milán en 1336. Para 1341, los relojes accionados por pesas eran lo suficientemente comunes como para adaptarse a los molinos de grano, y para 1344 el reloj de la Antigua Catedral de San Pablo de Londres había sido reemplazado por uno con escape. El foliot fue ilustrado por primera vez por Dondi en 1364 y mencionado por el historiador de la corte Jean Froissart en 1369.El ejemplo más famoso de un dispositivo para medir el tiempo durante la época medieval fue un reloj diseñado y construido por el relojero Henry de Vick hacia 1360, del que se decía que variaba hasta dos horas al día. Durante los siguientes 300 años, todas las mejoras en la medición del tiempo se basaron esencialmente en los principios del reloj de De Vick. Entre 1348 y 1364, Giovanni Dondi dell'Orologio, hijo de Jacopo Dondi, construyó un complejo astrario en Florencia.Durante el siglo XIV, los relojes de sonería aparecieron con creciente frecuencia en espacios públicos, primero en Italia, y un poco más tarde en Francia e Inglaterra. Entre 1371 y 1380, se introdujeron relojes públicos en más de 70 ciudades europeas. El reloj de la Catedral de Salisbury, que data de alrededor de 1386, es uno de los relojes en funcionamiento más antiguos del mundo, y posiblemente el más antiguo; aún conserva la mayoría de sus piezas originales. El reloj de la Catedral de Wells, construido en 1392, es único porque aún conserva su esfera medieval original. Sobre el reloj se encuentran figuras que tocan las campanas y un grupo de caballeros en justas que giran alrededor de una pista cada 15 minutos.

La invención del resorte real a principios del siglo XV —un dispositivo utilizado por primera vez en cerraduras y llaves de chispa de armas de fuego— permitió la construcción de pequeños relojes por primera vez. La necesidad de un mecanismo de escape que controlara de forma constante la liberación de la energía almacenada condujo al desarrollo de dos dispositivos: el mecanismo de escape de pila (que, aunque inventado en el siglo XV, no puede documentarse antes de c.1535) y el mecanismo de escape, que se originó a partir de armas medievales como la ballesta. Hay una caracola en el reloj de resorte más antiguo que se conserva, un reloj de cámara fabricado para Felipe el Bueno en c. 1430. Leonardo da Vinci, quien produjo los primeros dibujos conocidos de un péndulo entre 1493 y 1494, ilustró una caracola en c. 1500, un cuarto de siglo después de la aparición del resorte en espiral.

Las torres de reloj de la Europa Occidental de la Edad Media marcaban el tiempo. Las primeras esferas de los relojes indicaban las horas; un manuscrito de 1475 menciona un reloj con minutero. Durante el siglo XVI, los cronometradores se volvieron más refinados y sofisticados, de modo que para 1577 el astrónomo danés Tycho Brahe logró obtener el primero de cuatro relojes que medían en segundos, y en Núremberg, el relojero alemán Peter Henlein recibió un pago por la fabricación del que se considera el primer ejemplar de reloj, fabricado en 1524. Para 1500, el uso del foliot en los relojes había comenzado a decaer. El reloj de resorte más antiguo que se conserva es un dispositivo fabricado por el bohemio Jacob Zech [cs] en 1525. La primera persona que sugirió viajar con un reloj para determinar la longitud, en 1530, fue la luthier holandesa Gemma Frisius. El reloj se sincronizaba con la hora local de un punto de partida cuya longitud se conocía, y la longitud de cualquier otro lugar podía determinarse comparando su hora local con la hora del reloj.El ingeniero otomano Taqi ad-Din describió un reloj de pesas con escape de verge y foliot, un tren de engranajes de sonería, una alarma y una representación de las fases lunares en su libro Las estrellas más brillantes para la construcción de relojes mecánicos (Al-Kawākib al-durriyya fī wadh' al-bankāmat al-dawriyya), escrito alrededor de 1565. Los misioneros jesuitas trajeron los primeros relojes europeos a China como regalo.Se cree que el erudito italiano Galileo Galilei fue el primero en comprender que el péndulo podía utilizarse como cronómetro preciso tras observar el movimiento de las lámparas suspendidas de la Catedral de Pisa. En 1582, investigó la oscilación regular del péndulo y descubrió que esta dependía únicamente de su longitud. Galileo nunca construyó un reloj basado en su descubrimiento, pero antes de morir le dictó instrucciones a su hijo, Vincenzo, para construir un reloj de péndulo.Los primeros cronómetros precisos dependían del fenómeno conocido como movimiento armónico, en el cual la fuerza restauradora que actúa sobre un objeto que se aleja de su posición de equilibrio —como un péndulo o un resorte extendido— actúa para devolver el objeto a esa posición y provocar su oscilación. Los osciladores armónicos pueden utilizarse como cronómetros precisos, ya que el período de oscilación no depende de la amplitud del movimiento, por lo que siempre tarda el mismo tiempo en completar una oscilación. El período de un oscilador armónico depende completamente de las características físicas del sistema oscilante y no de las condiciones iniciales ni de la amplitud.La época en que los relojes eran controlados por osciladores armónicos fue la más productiva en la cronometración. El primer invento de este tipo fue el reloj de péndulo, diseñado y construido por el erudito holandés Christiaan Huygens en 1656. Las primeras versiones presentaban un error de menos de un minuto al día, y las posteriores, de tan solo 10 segundos, muy precisos para su época. Las esferas que indicaban minutos y segundos se popularizaron tras el aumento de precisión que permitió el reloj de péndulo. Brahe utilizó relojes con minutos y segundos para observar las posiciones estelares. El reloj de péndulo superó a todos los demás tipos de cronometradores mecánicos, hasta tal punto que estos solían ser reajustados con un péndulo —una tarea que se podía realizar sin dificultad—, de modo que pocos dispositivos de escape de verga han sobrevivido en su forma original.Los primeros relojes de péndulo utilizaban un escape de verge, que requería amplias oscilaciones de unos 100° y, por lo tanto, contaba con péndulos cortos y ligeros. La oscilación se redujo a unos 6° tras la invención del mecanismo de áncora, lo que permitió el uso de péndulos más largos y pesados con pulsaciones más lentas y con menor variación, ya que se asemejaban más al movimiento armónico simple, requerían menos energía y causaban menos fricción y desgaste. El primer reloj con escape de áncora conocido fue construido por el relojero inglés William Clement en 1671 para el King's College de Cambridge, actualmente en el Museo de Ciencias de Londres. El escape de áncora se originó con Hooke, aunque se ha argumentado que fue inventado por Clement o por el relojero inglés Joseph Knibb.Los jesuitas hicieron importantes contribuciones al desarrollo de los relojes de péndulo en los siglos XVII y XVIII, debido a su excepcional aprecio por la importancia de la precisión. Por ejemplo, al medir un péndulo de un segundo con precisión, el astrónomo italiano Padre Giovanni Battista Riccioli convenció a nueve compañeros jesuitas de contar casi 87.000 oscilaciones en un solo día. Desempeñaron un papel crucial en la difusión y puesta a prueba de las ideas científicas de la época y colaboraron con Huygens y sus contemporáneos.

Huygens utilizó por primera vez un reloj para calcular la ecuación del tiempo (la diferencia entre el tiempo solar aparente y el tiempo dado por un reloj), y publicó sus resultados en 1665. Esta relación permitió a los astrónomos usar las estrellas para medir el tiempo sideral, lo que proporcionó un método preciso para ajustar los relojes. La ecuación del tiempo se grabó en los relojes de sol para que pudieran ajustarse utilizando el Sol. En 1720, Joseph Williamson afirmó haber inventado un reloj que mostraba la hora solar, equipado con una leva y un engranaje diferencial, de modo que el reloj indicaba la hora solar real.Otras innovaciones en la medición del tiempo durante este período incluyen la invención del mecanismo de sonería de cremallera y caracol para relojes de campana por el mecánico inglés Edward Barlow, la invención, ya sea por Barlow o por Daniel Quare, un relojero londinense, en 1676 del reloj de repetición que marca el número de horas o minutos, y el escape de péndulo, inventado alrededor de 1675 por el astrónomo Richard Towneley.París y Blois fueron los primeros centros de la relojería en Francia, y relojeros franceses como Julien Le Roy, relojero de Versalles, fueron líderes en el diseño de cajas y relojes ornamentales. Le Roy pertenecía a la quinta generación de una familia de relojeros y fue descrito por sus contemporáneos como «el relojero más hábil de Francia, posiblemente de Europa». Inventó un mecanismo de repetición especial que mejoró la precisión de los relojes, una esfera que se podía abrir para ver el interior del mecanismo, y fabricó o supervisó más de 3500 relojes durante su carrera de casi cinco décadas, que culminó con su muerte en 1759. La competencia y la rivalidad científica derivadas de sus descubrimientos impulsaron aún más a los investigadores a buscar nuevos métodos para medir el tiempo con mayor precisión.

Los errores inherentes a los primeros relojes de péndulo eran menores que otros causados por factores como la variación de temperatura. En 1729, el carpintero y relojero autodidacta de Yorkshire, John Harrison, inventó el péndulo de rejilla, que utilizaba al menos tres metales de diferentes longitudes y propiedades de expansión, conectados para mantener la longitud total del péndulo al calentarse o enfriarse por el entorno. En 1721, el relojero George Graham compensó la variación de temperatura en un péndulo de hierro utilizando una pesa hecha con un frasco de vidrio lleno de mercurio, un metal líquido a temperatura ambiente que se expande más rápido que el vidrio. Versiones más precisas de esta innovación contenían el mercurio en frascos de hierro más delgados para aumentar su capacidad de respuesta. Este tipo de péndulo con compensación de temperatura se mejoró aún más al contener el mercurio dentro de la propia varilla, lo que permitió un acoplamiento térmico más estrecho entre los dos metales. En 1895, la invención del invar, una aleación de hierro y níquel que se expande muy poco, eliminó en gran medida la necesidad de inventos anteriores diseñados para compensar la variación de temperatura.Entre 1794 y 1795, tras la Revolución Francesa, el gobierno francés impuso el uso del tiempo decimal, con un día dividido en 10 horas de 100 minutos cada una. Un reloj en el Palacio de las Tullerías mantuvo el tiempo decimal hasta 1801.Tras el desastre naval de las Islas Sorlingas de 1707, en el que cuatro barcos naufragaron debido a errores de navegación, el gobierno británico ofreció un premio de 20.000 libras esterlinas, equivalente a millones de libras actuales, a quien pudiera determinar la longitud con una precisión de 50 kilómetros (31 millas) a una latitud justo al norte del ecuador. La posición de un barco en el mar podía determinarse con una precisión de 100 kilómetros (62 millas) si un navegante podía consultar un reloj que se atrasara o adelantara menos de seis segundos al día. Las propuestas fueron examinadas por la recién creada Junta de Longitud. Entre los muchos que intentaron obtener el premio se encontraba el relojero de Yorkshire Jeremy Thacker, quien utilizó por primera vez el término cronómetro en un panfleto publicado en 1714. Huygens construyó el primer reloj de mar, diseñado para permanecer horizontal a bordo de un barco en movimiento, pero que dejaba de funcionar si el barco se movía repentinamente.

En 1715, a la edad de 22 años, John Harrison utilizó sus habilidades de carpintería para construir un reloj de madera de ocho días. Sus relojes presentaban innovaciones que incluían el uso de piezas de madera para eliminar la necesidad de lubricación (y limpieza) adicional, rodillos para reducir la fricción, un nuevo tipo de escape y el uso de dos metales diferentes para reducir el problema de la dilatación causada por las variaciones de temperatura. Viajó a Londres para solicitar ayuda de la Junta de Longitud para la fabricación de un reloj de mar. Fue enviado a visitar a Graham, quien ayudó a Harrison gestionándolo para financiar su trabajo de construcción. Después de 30 años, su dispositivo, ahora llamado "H1", fue construido y en 1736 fue probado en el mar. Harrison luego diseñó y fabricó otros dos relojes de mar, el "H2" y el "H3". (terminada alrededor de 1739) y la "H3", ambas listas para 1755.Harrison fabricó dos relojes, el "H4" y el "H5". Eric Bruton, en su libro "Historia de los Relojes", describió el H4 como "probablemente el cronómetro más extraordinario jamás fabricado". Tras las pruebas en el mar durante el invierno de 1761-1762, se descubrió que era tres veces más preciso de lo necesario para que Harrison recibiera el premio de Longitud.

En 1815, el prolífico inventor inglés Francis Ronalds creó el precursor del reloj eléctrico: el reloj electrostático. Se alimentaba con pilas secas, una batería de alto voltaje de larga duración, pero con la desventaja de que sus propiedades eléctricas variaban según la temperatura y la humedad del aire. Experimentó con formas de regular la electricidad y sus dispositivos mejorados demostraron ser más fiables.En 1840, el relojero e instrumentista escocés Alexander Bain utilizó por primera vez la electricidad para mantener el movimiento de un reloj de péndulo, por lo que se le atribuye la invención del reloj eléctrico. El 11 de enero de 1841, Bain y el cronómetro John Barwise patentaron un reloj con péndulo electromagnético. El científico inglés Charles Wheatstone, con quien Bain se reunió en Londres para hablar sobre sus ideas para un reloj eléctrico, produjo su propia versión en noviembre de 1840, pero Bain ganó una batalla legal para consolidarse como el inventor.En 1857, el físico francés Jules Lissajous demostró cómo se puede usar una corriente eléctrica para hacer vibrar un diapasón indefinidamente, y probablemente fue el primero en usar la invención como método para medir la frecuencia con precisión. Las propiedades piezoeléctricas del cuarzo cristalino fueron descubiertas por los hermanos físicos franceses Jacques y Pierre Curie en 1880.Los relojes de péndulo más precisos se controlaban eléctricamente. El reloj Shortt-Synchronome, un reloj de péndulo eléctrico diseñado en 1921, fue el primer reloj en medir el tiempo con mayor precisión que la Tierra.Una sucesión de innovaciones y descubrimientos condujo a la invención del temporizador de cuarzo moderno. El oscilador de tubo de vacío se inventó en 1912. El físico británico William Eccles utilizó por primera vez un oscilador eléctrico para sostener el movimiento de un diapasón en 1919; su logro eliminó gran parte de la amortiguación asociada a los dispositivos mecánicos y maximizó la estabilidad de la frecuencia de vibración. El primer oscilador de cristal de cuarzo fue construido por el ingeniero estadounidense Walter G. Cady en 1921, y en octubre de 1927 Joseph Horton y Warren Marrison describieron el primer reloj de cuarzo en los Laboratorios Bell Telephone. Las décadas siguientes presenciaron el desarrollo de los relojes de cuarzo como dispositivos de medición precisa del tiempo en laboratorios; la voluminosa y delicada electrónica de conteo, construida con tubos de vacío, limitó su uso práctico en otros ámbitos. En 1932, se desarrolló un reloj de cuarzo capaz de medir pequeñas variaciones semanales en la velocidad de rotación de la Tierra. Su inherente estabilidad física y química, así como su precisión, han propiciado su posterior proliferación y, desde la década de 1940, han constituido la base para mediciones precisas de tiempo y frecuencia en todo el mundo.Los primeros relojes de pulsera se fabricaron en el siglo XVI. Isabel I de Inglaterra hizo un inventario en 1572 de los relojes que adquirió, todos considerados parte de su colección de joyas. Los primeros relojes de bolsillo eran imprecisos, ya que su tamaño impedía que tuvieran piezas móviles de buena calidad. Los relojes sin adornos comenzaron a aparecer alrededor de 1625.Las esferas que indicaban minutos y segundos se popularizaron tras el aumento de precisión que permitió el espiral. Inventado por separado en 1675 por Huygens y Hooke, permitió que las oscilaciones del volante tuvieran una frecuencia fija. Esta invención supuso un gran avance en la precisión del reloj mecánico, pasando de aproximadamente media hora a unos pocos minutos al día. Aún existe controversia sobre si el espiral fue inventado primero por Huygens o por Hooke; ambos científicos afirmaron haber sido los primeros en idearlo. El diseño de Huygens para el espiral es el tipo utilizado en prácticamente todos los relojes hasta la actualidad.Thomas Tompion fue uno de los primeros relojeros en reconocer el potencial del espiral y utilizarlo con éxito en sus relojes de bolsillo. La mayor precisión permitió que los relojes funcionaran tan bien como se usan generalmente hoy en día, como segundero que se añadía a la esfera, un desarrollo que tuvo lugar durante la década de 1690. La manecilla concéntrica de los minutos fue una invención anterior, pero Quare ideó un mecanismo que permitía que las manecillas se accionaran conjuntamente. A Nicolas Fatio de Duillier, filósofo natural suizo, se le atribuye el diseño de los primeros cojinetes de rubíes en relojes en 1704.Otros notables horólogos ingleses del siglo XVIII incluyen a John Arnold y Thomas Earnshaw, quienes dedicaron sus carreras a construir cronómetros de alta calidad y los llamados "relojes de cubierta", versiones más pequeñas del cronómetro que podían guardarse en un bolsillo.Los relojes se usaron durante la Guerra Franco-Prusiana (1870-1871), y para la época de la Guerra de los Bóers (1899-1902), ya eran reconocidos como una herramienta valiosa. Los primeros modelos eran esencialmente relojes de bolsillo estándar con correa de cuero, pero a principios del siglo XX, los fabricantes comenzaron a producir relojes de pulsera específicos. En 1904, Alberto Santos-Dumont, uno de los primeros aviadores, le pidió a su amigo, el relojero francés Louis Cartier, que diseñara un reloj que pudiera ser útil durante sus vuelos.Durante la Primera Guerra Mundial, los oficiales de artillería usaban relojes de pulsera. Los llamados relojes de trinchera, o "pulseras", eran prácticos, ya que dejaban libre una mano que normalmente se usaría para operar un reloj de bolsillo, y se convirtieron en equipo estándar. Las exigencias de la guerra de trincheras obligaban a los soldados a proteger el cristal de sus relojes, por lo que a veces se utilizaba una protección con forma de jaula con bisagras. Esta protección, diseñada para facilitar la lectura de los números, ocultaba las manecillas, un problema que se solucionó con la introducción del plexiglás irrompible en la década de 1930. Antes de su uso militar, el reloj de pulsera solía ser usado solo por mujeres, pero durante la Primera Guerra Mundial se convirtió en símbolo de masculinidad y valentía.Los relojes de bolsillo comenzaron a ser reemplazados a principios del siglo XX. Los suizos, neutrales durante la Primera Guerra Mundial, produjeron relojes de pulsera para ambos bandos del conflicto. La introducción del tanque influyó en el diseño del reloj Cartier Tank, y el diseño de relojes durante la década de 1920 se vio influenciado por el estilo art déco. El reloj automático, introducido por primera vez con un éxito limitado en el siglo XVIII, fue reintroducido en la década de 1920 por el relojero inglés John Harwood. Tras su quiebra en 1929, se levantaron las restricciones sobre los relojes automáticos y empresas como Rolex pudieron producirlos. En 1930, Tissot produjo el primer reloj de pulsera no magnético de la historia.Los primeros relojes a batería se desarrollaron en la década de 1950. Firmas como Patek Philippe produjeron relojes de alta calidad, como el Patek Philippe ref. 1518, presentado en 1941, posiblemente el reloj de pulsera más complicado jamás fabricado en acero inoxidable, que alcanzó un precio récord mundial en 2016 al ser subastado por 11.136.642 dólares.El Speedmaster Professional de cuerda manual, o "Moonwatch", se usó durante la primera caminata espacial estadounidense en el marco de la misión Gemini 4 de la NASA y fue el primer reloj que usó un astronauta en la Luna durante la misión Apolo 11. En 1969, Seiko produjo el primer reloj de pulsera de cuarzo del mundo: el Astron.Durante la década de 1970, la introducción de relojes digitales fabricados con transistores y piezas de plástico permitió a las empresas reducir su plantilla. Para esa misma década, muchas de las empresas que mantenían técnicas de metalurgia más complejas se habían declarado en quiebra.Los relojes inteligentes, esencialmente computadoras portátiles en forma de reloj, se introdujeron en el mercado a principios del siglo XXI.

Los relojes atómicos son los dispositivos de cronometraje más precisos en la práctica hoy en día. Con una precisión de unos pocos segundos a lo largo de miles de años, se utilizan para calibrar otros relojes e instrumentos de cronometraje. La Oficina Nacional de Normas de EE. UU. (NBS, ahora Instituto Nacional de Normas y Tecnología [NIST]) cambió su sistema de referencia horaria en Estados Unidos, pasando de relojes de cuarzo a relojes atómicos, en la década de 1960.La idea de usar transiciones atómicas para medir el tiempo fue sugerida por primera vez por el científico británico Lord Kelvin en 1879, aunque no fue hasta la década de 1930, con el desarrollo de la resonancia magnética, que se desarrolló un método práctico para medir el tiempo de esta manera. En 1948, el NIST construyó un prototipo de máser de amoníaco. Aunque menos preciso que los relojes de cuarzo existentes, sirvió para demostrar el concepto de reloj atómico.El primer reloj atómico preciso, un patrón de cesio basado en una transición específica del átomo de cesio-133, fue construido por el físico inglés Louis Essen en 1955 en el Laboratorio Nacional de Física de Londres. Se calibró mediante la escala de tiempo astronómico de efemérides (ET).En 1967, el Sistema Internacional de Unidades (SI) estandarizó su unidad de tiempo, el segundo, basándose en las propiedades del cesio. El SI definió el segundo como 9.192.631.770 ciclos de la radiación que corresponde a la transición entre dos niveles de energía de espín electrónico del estado fundamental del átomo de 133Cs. El reloj atómico de cesio mantenido por el NIST tiene una precisión de 30 milmillonésimas de segundo por año. Los relojes atómicos han empleado otros elementos, como el hidrógeno y el vapor de rubidio, que ofrecen mayor estabilidad (en el caso de los relojes de hidrógeno), menor tamaño, menor consumo de energía y, por lo tanto, menor coste (en el caso de los relojes de rubidio). Los avances recientes en la tecnología de relojes se han basado principalmente en plataformas de iones atrapados, y el récord de menor incertidumbre sistemática se lo disputan los relojes de iones de aluminio y los relojes de red óptica de estroncio. Los relojes de próxima generación probablemente se basarán en transiciones nucleares en el núcleo 229mTh, ya que los núcleos están protegidos de los efectos externos por la nube de electrones que los acompaña, y la frecuencia de transición es mucho mayor que la de los relojes ópticos y de iones, lo que permite una incertidumbre sistemática mucho menor en la frecuencia del reloj.

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