León (técnico)

Péndulo de Foucault y reloj

Los péndulos de Foucault cortos (menos de 1 metro) son extremadamente raros en todo el mundo, ya que los problemas encontrados durante su construcción se vuelven rápidamente insuperables. En comparación, los péndulos largos son infinitamente más fáciles de construir. El primer problema es la suspensión. Debe ser perfecta, de lo contrario el péndulo elegirá el plano más favorable y permanecerá en él. El hilo de acero no debe tener tensiones internas, debe ser perfectamente recto y perfectamente esférico. La fijación también debe ser perfecta: los clásicos mandriles pequeños de precisión con 3 ó 4 mordazas no son suficientes, ya que aún hay que pulirlos cuidadosamente. El segundo problema es la precesión de la elipse. Este fenómeno sólo es muy leve en los péndulos grandes y no es un factor que influya en su construcción. En los péndulos de menos de 2 metros de longitud, provoca fuerzas mayores que el efecto Foucault. Por tanto, debe anularse o, al menos, reducirse. Un método utilizado consiste en insertar un anillo de Charron en el tercio superior del hilo, cuyo diámetro interior debe estar perfectamente pulido. Un péndulo corto no puede funcionar sin un sistema que reduzca la precesión de la elipse. Todos estos fenómenos juntos hacen que un péndulo de Foucault de menos de 1 metro sea casi un milagro. El tiempo dedicado al mecanizado y al montaje no superará una décima parte del tiempo total, todo el resto se pierde en ajustes. Y como cada nuevo ajuste requiere una espera mínima de 16 horas para ver los resultados…

Este péndulo tiene un período de oscilación fijado en un segundo. Aprovecho este fenómeno para hacer girar el segundero, que a su vez hace girar las agujas de los minutos y de las horas. Utilizar un péndulo de Foucault como reloj impone estas restricciones adicionales

1) Poder ajustar con precisión la duración del periodo,

2) Compensar las variaciones de longitud del péndulo debidas a las diferencias de temperatura,

3) Estabilizar la amplitud para mantener el isocronismo.

El primer péndulo de Foucault que diseñé(Pestoline) utilizaba un sistema ingenioso pero perfectible: el hilo del péndulo se deslizaba por un orificio y podía ajustarse aguas arriba, del mismo modo que se afina una cuerda de guitarra. Pero al acortarlo o alargarlo también cambiaba la posición del imán en relación con la bobina, variando así la fuerza del impulso impulsor. Esto significaba que afinar la duración de la amplitud era un deporte. Con este modelo, el hilo no se mueve: es el orificio el que se puede subir o bajar. Este sistema permite incluso ajustar el periodo del volante mientras está en movimiento sin perturbar su curso, una opción que no se encuentra en los relojes convencionales. La compensación de temperatura se realiza mediante un bimetal situado encima del conjunto. Los problemas inherentes al mecanizado del anillo Charron se resolvieron utilizando un rubí. Como resultado, el anillo es perfecto y no se desgasta.

Pero, ¿por qué dos esferas separadas? La de la izquierda indica la hora dada por el péndulo, y la otra es un reloj de cuarzo que se utiliza aquí como referencia. Así que aquí tenemos por fin un reloj que puede satisfacer a todo el mundo: las personas con prisa leerán siempre la esfera de la derecha porque es más precisa, los poetas se deleitarán con la esfera de la izquierda (porque lo que realmente nos gusta en las personas como en las cosas, ¿no es precisamente la imperfección?) y los científicos leerán atentamente la media de las dos. Así, por ejemplo, si el segundero de un péndulo va un poco lento en un momento dado, lo recuperará 1/4 de vuelta más tarde. Este fenómeno se debe al excentraje del anillo de Charron, y la media de estas fluctuaciones es cero. Por tanto, este reloj no puede ajustarse como un reloj normal, ya que cualquier excentricidad del anillo de Charron provoca una aceleración del péndulo, a la que seguirá invariablemente una ralentización de la misma amplitud 1/4 de vuelta más tarde. Por lo tanto, hay que ajustar el tiempo medio en media vuelta. Esto variará en función de la latitud en la que se encuentre el reloj. En mi taller de Sion, en aquella época, era de 16 horas 34 minutos y 14 segundos.

Las primeras pruebas revelaron una inexactitud (que podía mejorarse ajustando la altura del volante) de menos de un segundo por día. Quien desee consultar los datos que figuran a continuación puede pedírmelo. (Estos datos sólo pueden abrirse con el programa MicroSet de Bryan Mumford)

Un péndulo de Foucault corto que funcione es casi un milagro: tiene que estar instalado permanentemente. No es posible recogerlo y hacerlo funcionar sin más en varios lugares diferentes, porque los ajustes de nivel son muy precisos y no deben alterarse una vez que el péndulo funciona correctamente. Estos ajustes pueden llevar hasta dos semanas durante la instalación.

Fallos y prototipos

No todas mis pruebas fueron concluyentes, ¡ni mucho menos! A continuación desarrollaré tres prototipos. Lo que todos tienen en común es que pensé que todos funcionarían al primer intento… pero nunca lo hicieron.

1) Suspensión cardán

Se trata de una suspensión cardán formada por dos cuchillas de equilibrado Berkel que descansan sobre dos jaulas de rodamientos de bolas, lo que le permite moverse en todas las direcciones. Si bien este tipo de suspensión se adapta mejor a los péndulos largos, es muy difícil de utilizar en un péndulo corto porque la suspensión debe estar perfectamente equilibrada. Para ello, la parte inferior de la suspensión debe ser significativamente más ligera que la superior, de modo que la suspensión se enderece sola. Cualquier diferencia de nivel puede corregirse entonces utilizando pequeños pesos, hasta que la suspensión esté vertical. Otra forma de ajustar los niveles consiste en colocar dos pequeños imanes en las dos cuchillas de la suspensión. El ajuste se realiza alejando el imán del centro para desplazar el centro de gravedad. Una vez hecho esto, se puede atornillar el eje de equilibrado y comenzar las pruebas. Este prototipo nunca funcionó correctamente.

2) Suspensión de alambre de tungsteno

Esta suspensión utiliza un alambre de tungsteno de 0,05 mm de grosor. Es casi invisible, y cualquiera que lo vea moverse piensa que el péndulo está levitando. Había elegido un alambre tan fino para intentar evitar cualquier tensión interna que pudiera influir en la rotación del péndulo. Inesperadamente, y sin que yo supiera por qué, este péndulo nunca funcionó. Todos los intentos de ajustar los niveles y la rotación de la suspensión fueron infructuosos.

3) Suspensión de bolas

¡Más prototipos que nunca funcionaron! En la primera foto, se puede ver que la suspensión es una bola de carburo de tungsteno de 1 mm que descansa sobre un lecho de zafiro. La suspensión puede moverse en cualquier dirección. En la práctica, nunca giró como debería. Este prototipo osciló durante 9 meses sin que ningún ajuste pudiera influir en él.

La foto de abajo muestra otra prueba que utiliza el mismo principio. Sin embargo, se trata de una bola rodante apoyada en una placa de acero. Estos intentos fueron tan infructuosos como el del prototipo de bola de tungsteno.
El ajuste del equilibrio de la suspensión es muy similar al ajuste de la junta universal. Lo primero que hay que hacer es desmontar todo el equilibrado y aligerar la suspensión todo lo posible. La parte inferior de la suspensión debe ser significativamente más pesada para que se levante por sí misma. Si no se levanta perfectamente vertical, hay que modificar el equilibrado quitando peso del anillo de latón. Para ello, basta con rectificar el anillo por el lado en el que se inclina (puedes ver las marcas en la foto)