Los relojes de péndulo se caracterizan por utilizar un peso oscilante para medir el tiempo. La ventaja del péndulo para medir el tiempo con exactitud es que se trata de un oscilador armónico: sus ciclos de balanceo se producen en intervalos de tiempo iguales, dependiendo únicamente de su longitud (descontando los efectos de la resistencia al movimiento). Desde su invención en 1656 por Christiaan Huygens hasta la década de 1930, el reloj de péndulo fue el sistema de cronometraje disponible más preciso, por lo que su uso se hizo generalizado., p.330, 334 A lo largo de los siglos y , los relojes de péndulo, omnipresentes en hogares, fábricas, oficinas y estaciones de ferrocarril, sirvieron como referencia principal para la programación de la vida diaria, los turnos de trabajo y el transporte público. Su precisión permitió adoptar el ritmo de vida más rápido propio de la Revolución Industrial.
Los relojes de péndulo deben permanecer en una posición fija para operar correctamente; cualquier desplazamiento o aceleración afecta al movimiento del péndulo, provocando imprecisiones en su funcionamiento, por lo que no se pueden utilizar como relojes portátiles. Desde la generalización de los relojes de cuarzo, los relojes de péndulo se mantienen en su mayoría por su valor decorativo y como antigüedades.
Historia
El reloj de péndulo fue inventado en 1656 por el científico neerlandés Christiaan Huygens, siendo patentado al año siguiente. Huygens encargó la construcción de sus diseños al relojero Salomon Coster, y se inspiró en las investigaciones de los péndulos iniciadas por Galileo Galilei alrededor de 1602. Galileo descubrió la propiedad clave que hace de los péndulos útiles para el cronometraje: el isocronismo, lo que significa que su periodo de oscilación solo depende de su longitud. Galileo tuvo la idea del reloj de péndulo en 1637. Su hijo empezó a construirlo en 1649, pero nunca lo terminó.Una reconstrucción moderna se puede ver en La introducción del péndulo, el primer oscilador armónico descubierto, incrementó enormemente la precisión de los relojes, que pasó de unos 15 minutos diarios a unos 15 segundos diarios,<ref> , p.3, also published in Proceedings of the Royal Society of London, A 458, 563–579</ref> propiciando, con su rápida aceptación, que los antiguos relojes del tipo 'foliot' se adaptasen para añadir un péndulo a sus primitivos mecanismos.
thumb|left|300px|Reloj linterna transformado para usar un péndulo. Para alojar las grandes oscilaciones del péndulo, se añadieron unas "alas" a los lados.
Estos antiguos relojes adaptados, debido al tipo de sus escapes, tuvieron péndulos con oscilaciones de hasta 100° de amplitud. En su análisis de 1673 de los péndulos, Horologium Oscillatorium, Huygens demostró que las grandes oscilaciones hacían el péndulo inexacto, provocando irregularidades en su frecuencia y, por lo tanto, en la velocidad del reloj. Llegó a la conclusión de que solo péndulos con pequeñas oscilaciones de unos pocos grados son isócronos, lo que motivó la invención del escape de áncora alrededor de 1670, que permite reducir la oscilación del péndulo a valores comprendidos entre 4° y 6°. El áncora se convirtió en el escape estándar utilizado en los relojes de péndulo. Además de una mayor precisión, el reducido movimiento pendular requerido por el sistema de áncora obligó a adoptar péndulos más largos, que necesitan menos energía y que causaban menos desgaste en el movimiento. El péndulo de segundos (también llamado 'péndulo Real'), de 0.994 m de largo, en el que cada oscilación dura un segundo, llegó a ser utilizado ampliamente en los relojes de calidad. Los primeros relojes, con sus características cajas largas y estrechas alrededor de estos péndulos, fueron construidos hacia 1680 por William Clement, se hicieron famosos y eran conocidos como longcase clock o reloj del abuelo. La mayor precisión resultante de estos avances provocó la aparición de la aguja de los minutos (previamente muy rara), que se añade a las esferas de reloj hacia 1690.Milham 1945, p.190
La ola de innovaciones relojeras en los siglos y que siguió a la invención del péndulo, trajo muchas mejoras en este tipo de relojes, como el escape sin retroceso inventado en 1675 por Richard Towneley y popularizado por George Graham alrededor de 1715 en sus relojes de precisión, con el nuevo sistema "regulador" que sustituyó gradualmente al escape de áncoraMilham 1945, p. 181, 441 y que se utiliza en la mayoría de los relojes de péndulo modernos. La observación de que los relojes de péndulo atrasaban en verano, hizo ver que la dilatación y la contracción de la barra del péndulo con los cambios de temperatura era una fuente de error apreciable. Esto se resolvió mediante la invención de los péndulos con compensación de temperatura: el péndulo de mercurio de George Graham en 1721 y el péndulo de parrilla de John Harrison en 1726.Milham 1945, p.193- 195 Con estas mejoras, los relojes de péndulo de precisión de mediados del alcanzaron precisiones de unos pocos segundos por semana.
Hasta el , los relojes se construían a mano por artesanos individuales y eran muy caros. La rica ornamentación de los relojes de péndulo de este período indica su valor como símbolos de estatus de las clases sociales altas. En Europa, los relojeros de cada país y región desarrollaron sus propios estilos distintivos. En el , la creación de fábricas de relojería hizo que los relojes de péndulo fueran asequibles gradualmente para las familias de clase media.
Durante la Revolución Industrial, la vida cotidiana de los hogares se organiza en torno al reloj de péndulo. Relojes de péndulo más exactos, llamados reguladores, fueron instalados en centros de negocios y se utilizaban para programar el trabajo y establecer la hora de otros relojes. Los más precisos, conocidos como reguladores astronómicos, se empleaban en los observatorios de astronomía, en topografía y en la navegación astronómica. A principios del , los reguladores astronómicos de los observatorios navales sirven como estándares primarios para fijar la hora de cada país. Milham 1945, p.83 Desde 1909, el "US National Bureau of Standards" (posteriormente denominado NIST) fija el estándar de tiempo en los Estados Unidos mediante relojes de péndulo dotados de escape Riefler, con precisiones cercanas a los 10 milisegundos por día. En 1929 se pasó a los relojes de péndulo libre del tipo Shortt-Synchronome, poco antes de la introducción gradual del reloj de cuarzo, que se impuso como estándar en la década de 1930. Con un error de alrededor de un segundo por año, el Shortt fue el reloj de péndulo más preciso producido comercialmente. Los relojes de péndulo han sido el estándar mundial para el cronometraje de precisión durante 270 años, hasta la invención del reloj de cuarzo en 1927, y sirvieron como estándares de tiempo a lo largo de la Primera Guerra Mundial. El Servicio de hora francesa usó relojes de péndulo como parte de su conjunto de relojes estándar hasta 1954. El reloj de péndulo empezó a ser reemplazado en los hogares durante los años 1930 y 1940 por el reloj eléctrico, que proporcionaba la hora con mayor exactitud porque estaba sincronizado con la oscilación de la red eléctrica. El reloj de péndulo más preciso hasta el año (2007), era el reloj experimental Littlemore, construido por Edward T. Hall en la década de 1990 (donado en 2003 al Museo del Reloj, de Columbia, Pensilvania, EE. UU.).
Mecanismo thumb|200px|Pierre de Rivaz reloj náutico circa 1750. thumb|200px|Maquinaria del reloj Ansonia modelo:C.1904 Todos los relojes de péndulo mecánicos tienen al menos estas cinco partes:Milham 1945, p.74, 197-212
Una fuente de energía; ya sea un peso en una cuerda o cadena (que acciona una polea o una rueda dentada), o un resorte. Un tren de engranajes o de ruedas que intensifica la velocidad de la alimentación de energía para que el péndulo pueda utilizarla. Un escape que da al péndulo los impulsos sincronizados precisos para mantener su balanceo, y que libera las ruedas del tren de engranajes para avanzar una cantidad fija a cada oscilación. Esta es la fuente del sonido "tic-tac" característico de un reloj de péndulo en marcha. El péndulo, con un peso montado sobre una varilla. Un indicador o marcador que muestre los registros de la frecuencia con que el escape ha girado, o sea, la cantidad de tiempo transcurrido, por lo general con el tradicional juego de agujas (horaria, minutero y a veces segundero) sobre una o varias esferas numeradas.
En relojería, las funciones adicionales en los relojes (distintas de señalar la hora normal) se llaman complicaciones. Relojes de péndulo más elaborados pueden incluir las complicaciones siguientes: Reloj de sonería - cada hora golpea una campana o gong, con el número de toques igual al número de la hora. Tipos más elaborados, técnicamente llamados relojes de carrillón, marcan los cuartos de hora, y pueden interpretar diversas melodías, como el popular toque de los cuartos de Westminster que suena regularmente desde el Big Ben de Londres. Calendario - indicadores mostrando el día de la semana, el día del mes, y a veces, el mes. Fases de la Luna - Dial mostrando las fases de la luna, por lo general con un dibujo de la luna pintado sobre un disco giratorio. Mediodía - esta rara complicación se utilizó en los primeros días para conocer el paso del sol por el mediodía. Muestra la diferencia entre la hora indicada por el reloj y la hora indicada por la posición del sol, que varía en hasta ± 16 minutos durante el año. Repetidor - diseñado para dar la hora mediante campanadas cuando se activa un pulsador manualmente. Esta rara complicación se utilizó para comprobar qué hora era en la noche, antes de la generalización de la iluminación artificial.
También existen relojes de péndulo electromecánicos, que se utilizan en cronógrafos maestros mecánicos. La fuente de energía es un solenoide eléctrico que proporciona impulsos al péndulo mediante fuerza magnética. El escape se sustituye por un conmutador o un fotodetector que determina cuando el péndulo está en la posición correcta para recibir el impulso. No deben confundirse con los más recientes relojes de péndulo de cuarzo, en los que un módulo electrónico (reloj de cuarzo) hace oscilar un péndulo. Estos dispositivos no son verdaderos relojes de péndulo porque la indicación de la hora está controlada por un módulo de cristal de cuarzo, y el péndulo oscilante es meramente una simulación decorativa.
Efectos sobre la oscilación del péndulo thumb|200px|Reloj de péndulo de pared de una escuela thumb|200px|Reloj Mantel (alrededor de 1800) obra de Julien Béliard, París, maestro relojero radicado en la calle Saint-Benoit y en la calle Pavée en 1777, todavía activo en 1817; o de Julien-Antoine Béliard, maestro relojero, radicado en la calle de Hurepoix, entre 1787-1806
El péndulo oscila con un período que varía con la raíz cuadrada de su longitud efectiva. Con oscilaciones pequeñas, el período (T) es corto (del orden de segundos). Entonces, para el tiempo de un ciclo completo (dos oscilaciones de sentido contrario), se tiene que:
+SímboloNombreUnidadPeríodosLongitud del péndulomAceleración de la gravedad local m / s2