Alternancias / Hercios en los relojes

Jmboyero · 29 Nov 2010

Consultando un libro infantil titulado La medición del tiempo de la editorial Altea, he encontrado algunas cuestiones que me ha parecido interesante compartir:

Un reloj mecánico moderno funciona a una frecuencia de 4 hertz (hercios), que equivale a 28.800 alternancias por hora, ya sabemos, ocho movimientos de la aguja por segundo. Se puede mejorar, pero a priori, supone mayor desgaste de las piezas, aunque de todas formas estaríamos muy, pero que muy lejos de los relojes de cuarzo.
Por comparar, comentar que un reloj de cuarzo posee una frecuencia de 32768 hercios, lo que sirve de base para su gran exactitud que en buenas condiciones puede lograr una discrepancia de 1 segundo en 30 años.
Como curiosidad, ya que supongo que ninguno de nosotros nos pondremos uno en la muñeca, los relojes atómicos, que utilizan como regulador de marcha átomos de cesio positivos y negativos que emiten un rayo electromagnético entra ambos polos, con una frecuencia de 9.192.631.770 hercios. Pueden llegar a ser tan exactos que se ha calculado que en un periodo de 2 a 3 millones de años, sólo variarían un segundo. No alcanzo a imaginarme las alternancias por hora que tiene un reloj atómico 9.192.631.770 x 3600. Mi calculadora no tiene dígitos para dicho cálculo.

Gracias por leer y espero que a alguien le haya aportado algo

machacao · 29 Nov 2010

Jmboyero dijo:
Consultando un libro infantil titulado La medición del tiempo de la editorial Altea, he encontrado algunas cuestiones que me ha parecido interesante compartir...)

Eso te pasa por consultar "libros infantiles" ;-)

, déjame hacer(te) algunas precisiones:

i) los relojes mecánicos pueden "latir" (veces que se mueve la aguja segundera por hora o, como dicen los anglos beats per hour o vibrations per hour) a distintas frecuencias; a mayor frecuencia, se entiende que el reloj es más estable en su desfase y -de ahí- que sea más simple su regulación para que la precisión sea mayor. Es cierto que el desgaste de determinadas piezas -aquí los entendidos sabrán mucho más que yo de qué piezas en particular- es mayor (en teoría y con la introducción de nuevas tecnologías y materiales cada vez es menor) en relojes que laten a 36.000 alternancias frente a los que lo hacen a 21.600 alternancias, por ejemplo.

ii) en cuanto a los cuarzos y sus cristales, no es cierto que el típico cuarzo (que oscila a +/- 32Khz) pueda alcanzar un desfase de 1 segundo cada 30 años sin ningún elemento de regulación externo (por lo general un chip de termoregulación, ya que se ha demostrado que la temperatura es uno de los factores que más influye en el desfase). En determinadas ocasiones, el cristal de cuarzo posee una pureza mayor que permite variar el número de oscilaciones estándar aumentándolo de forma considerable con la consiguiente reducción del desfase (+/- 196Khz).

iii) en cuanto a los atómicos, en 2004 el NIST presentó un proyecto de circuito integrado del tamaño de un grano de arroz y con un consumo de, tan sólo, 0,079 watios (todo esto se paga perdiendo precisión ... 1 segundo de desfase cada 300 años

frente a los 52 millones de años de los actuales de isótopos de cesio-133 más precisos). Dejo un copy-paste (traducido) de la revista Applied Physic Letters:

"El nuevo reloj mide el tiempo a partir de las vibraciones naturales de los átomos de cesio (9.200 millones de "tics" por segundo), pero emplea un diseño diferente que sus antecesores. En él, el vapor de cesio está confinado en una célula hermética y es sondeado con luz procedente de un láser infrarrojo igualmente pequeño, que genera dos campos electromagnéticos. La diferencia en frecuencia de estos dos campos es ajustada hasta que iguala la diferencia entre dos niveles de energía de los átomos. Los átomos entran entonces en un "estado oscuro" en el que dejan de absorber y emitir luz; este punto define la frecuencia natural de resonancia del cesio. Un oscilador externo, como el cristal de cuarzo empleado por los relojes de pulsera, puede ser entonces estabilizado según este estándar."

Los proyectos futuros del Observatorio de Paris y del NIST son, tal y como citan en la Wikipedia, mejorar la precisión hasta alcanzar el desfase de 1 segundo cada 32 mil millones de años

y todo esto ¿para qué? basta con pensar en que los dispositivos electrónicos funcionan con transacciones calculadas en base a quantos de tiempo y que el número de transacciones y su fiabilidad depende directamente de la exactitud en la medición del quanto de tiempo :hmm: