El péndulo libre de Shortt

Hemos llegado a la etapa final del desarrollo de los relojes eléctricos.
William Hamilton Shortt unió dos relojes de Synchronome, de modo que uno, el esclavo, lleva a cabo el desembragamiento del brazo de la gravedad del otro, el maestro. Usando su sistema de “tocar y faltar” él podía hacer que estos péndulos “se comunican” el uno con el otro.

William Hamilton Shortt (1881-1971)
En 1921 Shortt, ingeniero ferroviario británico y el director de la Synchronome Compañía Limitada, tuvo éxito en idear un sistema para mantener dos péndulos en exacta sincronización (patente no.187814).

Un resorte de hoja está fijado a la varilla del péndulo auxiliar, el esclavo, y una armadura se tira hacia abajo por un electroimán que recibe la señal de sincronizar, dado por el reloj principal, el maestro. El péndulo secundario se retrasa de modo que, cuando el resorte llega tarde a la extremidad de la armadura, este se toca y se dobla. Porque al doblar este resorte se contribuye a la fuerza de la gravedad, acelerando la semivibración del péndulo.

Si el resorte llega temprano a la extremidad de la armadura, faltará para tocar la armadura, por eso el término “tocar y faltar”.

La tensión del resorte es tal que la aceleración es dos veces más que la perdida (debido al retraso del péndulo) durante el intervalo entre dos impulsos, con el resultado que el enganche ocurre aproximadamente cada segunda vez.

En el lado derecho vemos el reloj ordinario de Synchronome (el esclavo) al cual ha sido agregado un resorte de hoja y el sincronizador “tocar y faltar”.

En el lado izquierdo vemos el péndulo libre (el maestro) colocado en un tanque del vacío. No hay un rochete aquí y solamente un electroimán está agregado para operar el retén del brazo de la gravedad.
                                                                                             animación

Los experimentos ejecutados por Shortt demostraron que, si el vacío del tanque se guarda en 3 centímetros de mercurio, la energía consumida al doblar el resorte de suspensión es igual a la energía consumida desviando las moléculas del aire restante, por lo tanto no se requiere un vacío más alto.

Cuando en intervalos de medio minuto la paleta a, fijada al rochete b, desembraga el brazo de la gravedad c, el péndulo auxiliar recibirá el impulso. Después de terminar de dar el impulso, el brazo de la gravedad toca el tornillo del contacto d de la armadura e. Ahora los electroimanes f se energizan y su armadura vuelve a colocar en su sitio el brazo de gravedad. Al mismo tiempo el electroimán g del péndulo libre se energiza y desembraga el brazo de la gravedad h del péndulo libre, en que está pasando por su posición cero en su excursión a la izquierda. Ahora la joya j, fijada al extremo de este brazo de la gravedad, cae sobre una rueda pequeña insertada en un soporte fijado al péndulo. Así el impulso comienza cuando la joya baja rodando sobre la periferia de esta rueda y termina tan pronto como cae de la rueda.

Después el brazo de la gravedad h cae sobre la ala del retén k y desembraga el interruptor m, que al caer coloca en su sitio el brazo de la gravedad. Al final de su caída, el interruptor hace contacto con la armadura p y el electroimán r coloca en su sitio el conmutador.

Cuando se energiza el electroimán r, también se energizan los electroimanes s y t. El electroimán s mueve las agujas de la esfera y el electroimán t tira hacia abajo la armadura v del sincronizador “tocar y faltar”.

El tiempo notable desde que pasa entre el desembragar del brazo de la gravedad h y la operación del remontaje que coloca en su sitio el interruptor, ahora puede darse cuenta. Esto asciende a cerca de 0.7 a 0.8 de un segundo.
Durante este período el péndulo auxiliar, que estuvo un poco más allá de la posición de cero en su excursión a la derecha, termina su oscilación y vuelve a cero para “el acto de la comparación” que determina si la corrección está requerida o no.

Cuando el péndulo auxiliar retrasa, el resorte de hoja z se tocará y se doblará por la armadura v y así se acelerará la semivibración del péndulo. Cuando el péndulo auxiliar adelanta, la armadura z faltará en tocar el resorte de hoja y nada sucederá.

No hagamos abstracción de la energía, requerida para doblar el resorte de suspensión y para desviar las moléculas del aire, el péndulo oscila libre y no tiene que trabajar, ¡absolutamente nada! El único disturbio a su libertad es la aceptación del impulso de su brazo de la gravedad en los intervalos de medio minuto.

La introducción del péndulo libre de Shortt fue un gran paso a la afinación de precisión y cerca de cientos de estos relojes fueron construidos. El primer péndulo libre de Shortt estuvo instalado en el observatorio de Edimburgo. De repente la exactitud de la medición del tiempo fue aumentada cerca de un milisegundo al día y no pasó mucho tiempo, antes de que los observatorios astronómicos de todo el mundo usaran este sistema.