Cronógrafo M. Hipp del Observatorio Nacional Argentino

Santiago Paolantonio

Versión 2/10/2014 (1. modificado circuito eléctrico; 2. agregado nueva esquema de circuito, última página) Se recomienda descargar nuevamente el artículo.

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Durante las primeras décadas de existencia del Observatorio Nacional Argentino, la tarea a la que mayor importancia se le dio fue la relacionada con la confección de catálogos de coordenadas exactas de estrellas. La mayor parte de este trabajo se realizó utilizando el telescopio Círculo Meridiano Repsold y en el caso particular de la Córdoba Durchmusterung, el refractor ecuatorial Alvan Clark. La única excepción fue el empleo de la fotografía para medir cúmulos estelares abiertos – Fotografías Cordobesas, 1897 –. Sin embargo, el uso sistemático de este método recién se inició en la primera década del siglo XX cuando la institución adhirió al programa de la Carte du Ciel.

Con el círculo meridiano la declinación de las estrellas estudiadas se deducía a partir de la lectura directa de los círculos correspondientes, mientras que para determinar el valor de la ascensión recta se requería fijar con la mayor exactitud posible el tiempo sidéreo[1] de sus tránsitos por el meridiano del lugar. Con este fin el astrónomo debía registrar el momento en que cada estrella cruzaba alguno de los hilos situados en el plano focal del ocular, ubicados paralelos al meridiano. El valor encontrado y la declinación hacían posible, luego de algunos cálculos, encontrar la coordenada buscada. La técnica de observación empleada para la Córdoba Durchmusterung fue similar, si bien se empleaba en lugar de hilos, un retículo trazado en una lámina de vidrio.

Dado el método utilizado, resultaba indispensable disponer de un reloj de gran precisión, por lo que al momento de la fundación del observatorio se compró un péndulo sidéreo marca Tiede.

La determinación del tiempo implicaba un problema a resolver, debido a que el observador no podía mirar simultáneamente el tránsito de la estrella y la esfera del reloj, por lo que requería anunciar el evento a un ayudante que se ubicaba frente al reloj. Este proceder tenía diversos inconvenientes, en cuanto a la precisión lograda y las posibles confusiones que se podían dar a lo largo de las largas horas de trabajo.

Por esta razón, además del péndulo de precisión se adquirió un cronógrafo, aparato destinado al registro automático del tiempo sobre un papel, que solucionaba los inconvenientes mencionados.

Cronógrafo M. Hipp del Observatorio Nacional

El primer cronógrafo comprado para el observatorio de Córdoba fue el elaborado por Matthäus Hipp[2], relojero alemán que tenía su fábrica “Peyer, Fevarger & Cie” en la ciudad de Neuchatel, Suiza, cerca de la frontera francesa.

     Hipp 01Izquierda: Matthäus Hipp[3]. Derecha: marca del fabricante en el cronógrafo del Observatorio Nacional Argentino (S. Paolantonio, 2013).

Para la época, el cronógrafo era un instrumento de última tecnología, que había sido perfeccionado a lo largo de la década de 1840. Fueron fabricados en distintas versiones según la forma de registro: de cinta, de disco o de tambor, como es el del Observatorio Nacional.

El cronógrafo Hipp consta de un cilindro alrededor del cual se coloca una hoja de papel. Una pluma registradora se ubica en un pequeño carro que puede desplazarse paralelamente al eje del tambor. La pluma, que se encuentra montada en la armadura móvil de un electroimán, apoya sobre el papel y realiza un trazo helicoidal en la medida que el tambor gira a la vez que el carro se desplaza. El circuito del electroimán está conectado al reloj patrón de tiempo sidéreo, que cuenta con un interruptor que corta la corriente cada segundo, moviendo la pluma y dejando la correspondiente marca en el papel. El cable que vincula el reloj con el cronógrafo posee un pulsador conectado en serie, que permitía al observador interrumpir el circuito cuando lo deseaba, realizando de este modo una marca que se superponía a las del reloj. Por simple interpolación entre las marcas de tiempo y la del evento era posible deducirse el momento del mismo, con precisiones de 0,1 a 0,01 segundo.

Hipp 02

Cronógrafo Hipp del Observatorio Nacional Argentino. Imagen tomada a principios del siglo XX. La relojería del cronógrafo (1) que tiene la función de mover el cilindro y el carro, funciona con pesas (2), las cuales pueden elevarse cuando llegaba a la parte más baja de su recorrido girando la manija 3. El registro de los segundo se realizaba tomando la señal del reloj de péndulo Tiede o en su defecto del cronómetro Frodsham (4), ambos de tiempo sidéreo. El pulsador accionado por el observador estaba unido al instrumento por un largo cable (5). El relé (6) permitía la alimentación de las bobinas que mueven la pluma marcadora (7). Un conjunto de tres pilas (8) alimentaban el circuito del relé y tres más (9) el electroimán de la pluma (Archivo OAC, digitalizado e interpretado S. Paolantonio).

conjunto

Disposición de los elementos. La pluma del cronógrafo realiza una marca sobre el papel montado en el tambor una vez por segundo, gracias a que el circuito del electroimán es interrumpido por un dispositivo que cuenta el reloj de péndulo Tiede. El operador del círculo meridiano sostiene en su mano un pulsador que también permite interrumpir el circuito, con lo que puede registrar el momento del tránsito de la estrella observada (S. Paolantonio).

Dado que el interruptor del péndulo puede manejar corrientes continuas de solo algunos miliamperios – milésimas de amper – y que la corriente necesaria para el electroimán que mueve la pluma requiere algunos amperes, es necesario intercalar en el circuito un relé.

Las marcas realizadas en el papel cada segundo distan entre sí 10 milímetros, registrándose un minuto por giro del cilindro. Para poder distinguir el comienzo de cada minuto, el interruptor del reloj está diseñado para no cortar la corriente en el primer segundo. Cada hoja permitía observar durante un intervalo de hasta 120 minutos.

El carro cuenta con dos electroimanes de dos bobinas, para sendas plumas, posibilitando una el registro de los segundos de tiempo y la otra el evento. A pesar que el empleo de dos plumas eliminaba la posibilidad de confusiones en los registros – cuando el evento coincidía con el segundo entero –, en general en el observatorio se prefirió utilizar una única pluma.

Con excepción de la base que es de hierro fundido, el cronógrafo está construido en bronce. Los electroimanes tienen bobinas de alambre de cobre enrollado sobre un carrete de madera, con la correspondiente armadura de hierro.Circuito del cronógrafo Hipp. P1 y P2 señalan las baterías de tres pilas[4]. El circuito mostrado corresponde a una posible configuración en que se utiliza una única pluma, correspondiente al electroimán 2. Para el uso de dos plumas, el pulsador debía conectarse a las terminales libres (Ay B) del otro electroimán (1) (S. Paolantonio). En la última página de este artículo se muestra un esquema para la configuración que utiliza ambas plumas. Modificado 2/10/2014.

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Ejemplo de registro del cronógrafo Hipp. Fragmento de una hoja de registro del cronógrafo, en donde se han señalado las marca de segundo – interruptor del reloj – y la del evento – pulsador del observador – (Museo Astronómico OAC S. Paolantonio).

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Los cronógrafos M. Hipp continuaron vendiéndose con pocas modificaciones respecto al del Observatorio Nacional Argentino hasta principios del siglo XX. La imagen muestra la fotografía incluida en el Catálogo de la empresa de 1902, en el que se indica un costo de 1.500 francos (Catalogue B, Peyer, Favarger & Cie. 1902, p. 21. Disponible en http://vlp.mpiwg-berlin.mpg.de/library/data/lit18172/index_html;  junio 2013).

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Circuito del cronógrafo de cinta utilizado y modificado por Benjamin Gould en sus estudios de la velocidad de propagación de la corriente “galvánica”, publicado en 1853 en Annalen der Physik und Chemie, bajo el título “Ueber die Geschwindigkeit des galvanischen Stromes in Telegraphen-Drähten” (Sobre la velocidad de la corriente galvánica en los alambres del telégrafo), Vol. 165, Issue Supplement S3, pp.374–411 (Biblioteca OAC, digitalización S. Paolantonio).

Si bien no se tienen detalles de todos los trabajos realizados utilizando el cronógrafo Hipp, entre otros, fue empleado en las observaciones de las zonas para la Córdoba Durchmusterung.

A pesar de su construcción simple, el mantenimiento de este instrumento requería de cierto mantenimiento, en particular en lo relacionado con la parte eléctrica, principalmente en los contactos de los diversos interruptores de corriente continua. El primer director del establecimiento, Dr. Benjamin A. Gould, contaba con una amplia experiencia en uso del cronógrafo, ganada en los trabajos realizados en la Coast Survey de los EE.UU., institución en la que lo utilizó aplicándolo en determinaciones de longitudes geográficas. También realizó estudios relacionadas con la determinación de la velocidad de propagación de la corriente eléctrica (Paolantonio y Minniti, 2001; Minniti y Paolantonio, 2009).

Descripción del cronógrafo M. Hipp del Observatorio Nacional Argentino

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Cronógrafo Hipp. La relojería del cronógrafo (1), mueve por medio de un tornillo (2) el carro (4) con los electroimanes (5) que gobiernan la pluma marcadora (6). La relojería, propulsada por un sistema de pesas que puede elevarse con la manija (8), también genera el giro del tambor (3) porta papel, el cuál era fijado por las lengüetas (7). Dimensiones: tambor: Ø191 mm, largo: 310 mm (bronce fundido torneado). Tornillo: 2,5 mm de paso. (S. Paolantonio, 2013).

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Conjunto del cronógrafo Hipp. (1) tambor giratorio en el que ubicaba la hoja de papel, (2) carrito con la pluma y electroimanes, (3) sistema de relojería que permite el giro del tambor y el desplazamiento del carro, propulsado por el sistema de pesas (6) montadas en el porta pesa (5) y cadena (4). Cuando las pesas llegan al final de la carrera en la posición más baja, pueden elevarse utilizando la manija (7)  (S. Paolantonio, 2013).

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Esquema de engranajes del sistema de relojería. La relojería es movida por pesas y una cadena que pasa por una polea – no mostrada en el esquema – y los piñones (1) y (2). Las pesas pueden elevarse por medio de la manija que se encuentra vinculada a (2). El piñón (1) es solidario a los engranajes A y B. El giro de A se transmite al tren de engranajes de la izquierda, que mueve el tornillo del carro porta pluma – (2) imagen de la derecha –. El giro de B se transmite al tren de la derecha y por medio del eje-piñón C hace girar la rueda que mueve el tambor.  El eje-piñón C puede pivotear para permitir engranar o no con la rueda 3, lo que permite detener el giro del tambor cuando se lo desea por medio de la palanca – (2) imagen siguiente –. Todo el sistema de relojería se encuentra vinculado por D a un regulador de velocidad – 3 en la figura siguiente – (S. Paolantonio, 2013).

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Regulador de velocidad. Izquierda: Vista lateral. (2) palanca de engrane que permite hacer girar o detener el tambor (1). (4) rieles y tornillo en los que se desliza el carro porta pluma –que no se muestra –. En primer plano el sistema de relojería cuya velocidad es regulada por el dispositivo (3). La manija (5) sirve para elevar las pesas que mueven la relojería. Derecha: regulador de velocidad “Mulvey” (3), diseñado y elaborado en el observatorio. Su cuerpo está dividido en dos partes iguales unidas por resortes, las cuales se apartan cada vez más en la medida que la velocidad de rotación aumenta, hasta que comienza a rozar en el tope 6, lo que limita la velocidad máxima de giro. La palanca 7 permite frenar el dispositivo (S. Paolantonio, 2013).

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Sistema de giro del tambor. El tambor con la hoja de papel en que se registran las señales gira sobre cuatro ruedas, las A, independientes entre sí, y las B que se encuentran unidas por su eje. Las ruedas B son las que hacen girar el tambor, gracias al engranaje 3 que puede vincularse al sistema de relojería por la palanca 2. Las ruedas C impiden que el tambor se desplace longitudinalmente (S. Paolantonio, 2013).

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Carro porta plumas. El carro con las plumas marcadoras (1) – la de la izquierda no se muestra – corre sobre dos rieles planos (7). Cuenta con dos sistemas de electroimanes formados por dos bobinas (2), que desplazan sendas armaduras (3), las que a su vez mueven las plumas (1). Las armaduras son sostenidas en su posición por resortes (4). La palanca 5 permite apartar las plumas del papel. Las bobinas están alimentadas desde los bornes (A), uno para cada electroimán, y el común (B). La corriente pasa de (A) a los rieles aislados (8) y de éstos a las bobinas por medio de los contactos 6 que rozan sobre los mismos – en la figura se ve uno solo, el otro se encuentra atrás –. El borne (B) está conectado a masa y llega al carro a través del tornillo (9) que lo mueve   (S. Paolantonio, 2013).

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Izquierda: reloj Tiede N° 373 utilizado con el cronógrafo M. Hipp. A un lado conexiones eléctricas ubicadas en el interior de la caja. Derecha: cronómetro Frodsham, también utilizado con el cronógrafo M. Hipp. Ambos instrumentos fueron adquiridos por el Observatorio Nacional Argentino en 1871 (S. Paolantonio).

 Circuito del cronógrafo Hipp. Circuito simplificado en la configuración en que se utilizan las dos plumas, una marca el tiempo dado por el reloj (electroimán 1) y la otra el momento en que se acciona el pulsador (electroimán 2). Esquema realizado a partir de un circuito existente en el archivo del Museo Astronómico del OAC, propuesto por el fabricante del reloj Riefle  (S. Paolantonio). Agregado 2/10/2014.

Agradecimiento: El autor agradece a la Coordinadora del Museo del Observatorio Astronómico de Córdoba, por facilitar el acceso al instrumento.

Notas:

[1] ←  Tiempo determinado a partir de la rotación aparente de las estrellas, que toma como referencia el Punto Vernal, intersección del ecuador celeste y la eclíptica. Al igual que el medio, el día sidéreo se divide en 24 horas, con 60 minutos cada una y 60 segundos cada minuto. Un día sidéreo equivale aproximadamente a 23h 56min de tiempo medio.

[2] ←  Para la fecha de la fundación del Observatorio Nacional también se disponía por préstamo de la Coast Survey de EE.UU. un cronógrafo Bond, el que fue devuelto en 1874, oportunidad en que fue adquirido uno similar.

[3] ←  Keller, W. & Schmid, H. R., “Matthias Hipp,” Schweizer Pioniere der Wirtschaft und Technik, 12 (1961): 9-39. Tomado de Schraven, T. (2003) THE HIPP CHRONOSCOPE. Disponible en http://vlp.mpiwg-berlin.mpg.de/documents/schraven_art13.pdf.

[4] ←  A principios del siglo XX las pilas utilizadas eran marca “Energos”, Industria Argentina, con un tamaño de unos 5 cm de diámetro y 15 cm de alto.

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Paolantonio, S. (2013). Cronógrafo M. Hipp del Observatorio Nacional Argentino. Disponible en https://historiadelaastronomia.wordpress.com/documentos/cronografohipp/. Recuperado el … (indicar la fecha).

No se autoriza el uso de la presente obra para fines comerciales y/o publicitarios. Ante cualquier duda dirigirse a: paolantoniosantiago@gmail.com.

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