El físico italiano Galileo Galilei (1564-1642) y otros científicos de su época, conocían el potencial del péndulo como instrumento de cronometraje. Se dice que Galileo observaba los movimientos de las lámparas en la Universidad de Pisa, y a partir de ahí, estudió el péndulo como un problema de física. Hoy día se sabe que, en el caso de oscilaciones pequeñas, el periodo de un péndulo es proporcional a la raíz cuadrada de su longitud, e inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la constante de gravedad: g=9.8 metros sobre segundo al cuadrado. El hecho de que el periodo solo dependa de la longitud como variable, se le conoce como isocronismo y fue descubierto por Galileo. Sin embargo, no es hasta que el holandés Christian Huygens (1629-1695), quien diseñó el primer reloj de péndulo, que este instrumento se convirtió en un dispositivo de medición del tiempo en forma precisa. Huygens pronto se dio cuenta de que un péndulo que se balanceaba en un arco pequeño realizaría sus oscilaciones más rápido que uno que se moviera en un arco grande.
Huygens continuó estudiando el problema y pronto lo resolvió instalando dos mejillas cicloidales curvas en el punto de suspensión del péndulo. Actuando sobre las cuerdas de suspensión, estos topes curvos reducían la longitud efectiva del péndulo a medida que aumentaba su arco, de modo que mantenía una trayectoria cicloidal en lugar de una circular. De esta forma, el péndulo completó cada oscilación en el mismo período de tiempo, independientemente de la amplitud o distancia de oscilación. En el reloj de Huygens, el movimiento del péndulo influido por la gravedad reemplazó la oscilación del antiguo sistema de foliot horizontal (sistema usado en los siglos XIII y XIV) impulsado solamente en forma mecánica. Ahora era el movimiento del péndulo el que regulaba la acción de escape del borde y la rotación de las ruedas, lo que permitía una medida del tiempo mucho más confiable y movimiento más preciso para las manecillas del reloj.
A finales de la década de los sesenta, los relojeros se habían olvidado del tradicional péndulo oscilante, esto por el desarrollo de un oscilador electrónico, el cual estaba basado en transistores. Este constaba de un diminuto diapasón cuyas vibraciones se convertían en el movimiento de las manecillas. Con el surgimiento simultáneo de los circuitos integrados de baja potencia, así como los diodos emisores de luz (LED), se inició la búsqueda de un elemento de tiempo más preciso. Los relojeros pronto adoptaron al resonador de cristal de cuarzo de los transmisores de radio. Los cristales de cuarzo son piezoeléctricos: vibran cuando se les somete a un voltaje eléctrico variable. Cuando el piezo eléctrico se impulsa por un voltaje en frecuencias armónicas, el cristal oscila teniendo el sonido similar al de una campana. La salida del oscilador se convierte en pulsos eléctricos adecuados para los circuitos digitales de un reloj, el que opera con una pantalla LED o a través de manecillas accionadas eléctricamente.
Existe también un reloj atómico cuyo nombre en francés es: Projet d’Horloge Atomique por Refroidissement d’Atomes en Orbite, (Pharao), Proyecto de reloj atómico para enfriar átomos en órbita. Es un reloj construido por el Centro Nacional de Estudios Espaciales de Francia y otros laboratorios, como parte de una misión llamada ACES, éste ha sido probado en vuelos de aviones con gravedad cero. Pharao tiene el objetivo de medir el tiempo con mayor precisión que cualquier otro reloj de cesio que se encuentre funcionando en La tierra. Los átomos de cesio, los cuales son superenfriados a partir de bolas gaseosas usando un láser, se lanzan a través de una cavidad de microondas, lo que altera el giro de sus electrones. Una sonda láser golpea los átomos nuevamente para revelar cuántos se pusieron en el estado de giro esperado. Un circuito de retroalimentación ajusta la frecuencia de las microondas, hasta que se acopla a la resonancia natural de la transición de girar y voltear (spin-flip) del átomo de cesio, lo que estabiliza el tic-tac del reloj atómico. La electrónica puede entonces contar 9,192,631,770 ciclos de microondas, exactamente en un segundo, cantidad acordada por un consenso internacional. Por cierto, este instrumento es útil para probar la teoría de la relatividad de Einstein en el espacio.
La necesidad de medir el tiempo empleando unidades cada vez más pequeñas, fue dando lugar a definir nuevos rangos cada vez menos conocidos, aunque más útiles en experimentos. Unidades de tiempo menores a un segundo son: attosegundo (millonésima de billonésima parte de un segundo), femtosegundo (milésima de billonésima parte de un segundo), picosegundo (billonésima parte), nanosegundo (milmillonésima parte), microsegundo (millonésima parte), y décima de segundo. Típicamente, estas unidades suelen emplearse en experimentos o procesos naturales en ciencias exactas o en las ingenierías.
Universidad Politécnica de Tulancingo. alfonso.padilla@upt.edu.mx
