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A medida que la navegación fue dejando menos margen al error, fue pertinente confiar en un instrumento la medición, que hasta ese momento calculaba el piloto según su experiencia. El más antiguo que se conoce fue la denominada corredora holandesa, por emplearse ampliamente entre los marinos de esa nacionalidad. Este procedimiento se desarrolló dando lugar a la corredera de barquilla. Su utilización se generalizó en el último cuarto del siglo XVII, aunque no todos los marinos se hallaban convencidos de su eficacia. Al margen de los errores propios del método, por la existencia de la corriente, el efecto del arrastre de la barquilla o la forma de medir la longitud de la cuerda los resultados podían no ser los correctos.

La corredera es un instrumento náutico de gran importancia para la navegación, a pesar de su sencillez. Fue descrita por primera vez en 1574 por William Bourne, matemático inglés y escritor de temas navales. Esta herramienta servía para medir la velocidad de la nave en el agua en nudos, unidad establecida y conservada desde entonces. La corredera española o corredera de barquilla consistía en una tablilla de madera con forma triangular o de semejanza a una barca lastrada con plomo en su borde inferior para que flotase vertical en el agua. La corredera anglosajona tenía dos lados rectos y el lado inferior curvo de modo que asemejaba un sector circular. En lo restante su funcionamiento y uso eran similares. Se sujetaba en las tres esquinas de una cuña de madera por tres cordeles agrupados a cierta distancia y unidos al cordel de la corredera. Este se enrollaba en un carretel de tal modo que se podía retener de forma que girara libremente.

Para utilizar este instrumento un hombre manejaba la corredera y otro el reloj de arena o ampolleta. Así, uno lanzaba la corredera por la popa dejándola correr hasta que se estabilizara en el agua, para luego contar cada marca de nudo que pasara por su mano, en tanto el hombre del reloj de arena lo invertía y el tiempo comenzaba a correr según la corredera contaba nudos. Cuando bajaba toda la arena del reloj, el del cordel lo agarraba para medir la fracción de nudo pasada.

La duración de la ampolleta era de medio minuto más o menos; entonces una hora tiene 120 medios minutos. A intervalos regulares se hacían nudos espaciados, de manera que 120 de esos intervalos constituyesen una milla náutica (1852 m). El número de nudos largados durante el intervalo de tiempo señalado por el reloj de arena daba la velocidad de millas por horas. De esa suerte, el nudo se convirtió en una unidad de velocidad. Los nudos estaban espaciados 15,43 m (50 pies).

El reloj de arena o ampolleta es un antiguo dispositivo creado para medir el paso del tiempo. Este instrumento mecánico está formado por dos cavidades transparentes, de boca estrecha, de vidrio, situadas de frente y unidas por sus extremos abiertos formando un número ocho. La pieza de vidrio se complementa por un contenedor de metal o madera, compuesto por dos bases cilíndricas en planos paralelos, unidos normalmente mediante tres pilares, para así poder colocar el reloj de forma vertical y fija para su uso. Uno de los receptáculos contiene una sustancia granular o líquida, comúnmente arena. Cuando el reloj se gira, la sustancia fluye de un bulbo a otro, calculando así períodos de pocos minutos o hasta de varias horas.

Hasta principios del siglo XI no se conocía otro medio mejor que este para estimar pequeños intervalos de tiempo. En las embarcaciones, servía para reglamentar la vida a bordo y calcular la velocidad. Además, se usaba junto con la corredera para medir la velocidad del barco en nudos. En la actualidad, el reloj de arena ha entrado en desuso, por la invención de otros mecanismos, como el cronómetro o el reloj de pulsera, que permiten medir el tiempo con mayor precisión.

El catalejo es un instrumento óptico monocular utilizado para ver de cerca objetos lejanos. Un catalejo es el resultante de combinar dos lentes, uno plano-cóncavo y otro plano-convexo en un tubo corredizo. Para la observación, un lente se coloca cerca del ojo y el otro hacia el extremo del tubo, apuntando hacia el objetivo. Se caracteriza por su grado de aumento y su diámetro. En el Museo Castillo de La Real Fuerza se conservan varios catalejos fabricados en Francia e Inglaterra.

El origen del catalejo data del siglo XVI y el XVII, y se le atribuye al holandés Hans Lippershey. En sus inicios era empleado fundamentalmente por marinos y naturalistas, aunque también resulta útil en la observación de aves y la astronomía. A este instrumento se le suman las posteriores modificaciones realizadas por Galileo Galilei para conseguir una herramienta que acercara mucho más los objetos distantes: el telescopio.

Sobre el origen de las cartas portulanos o cartas de compás reza una profunda incógnita. Hasta la fecha, los historiadores no llegan a un consenso sobre cuándo aparecieron y su relación con los portulanos, o libros de rutas, similares a los periplos antiguos. La primera carta portulano de la cual se tienen referencias es la Carta Pisana (ca.1275). Aunque existen desde el siglo XIII, su auge fue principalmente entre los siglos XIV y XV. La cartografía portulano también se manifestó mediante una colección de planos de varios sectores geográficos, encuadernada en forma de atlas, que adquiere la denominación o título de la costa particular a la que se refiere.

Se conoce que hacia la segunda mitad del siglo XIII, gracias al desarrollo de la aguja náutica, cristalizó un método de navegación apoyado en sus frecuentes lecturas y en su exactitud. Es una opinión extendida que para su diseño debió ser esencial las experiencias acumuladas por los navegantes, dentro de la cual la aguja náutica pudo jugar un importante papel al tiempo de precisar las direcciones de los puntos costeros y la estimación de las distancias. De acuerdo con esto, hay quienes suponen que los libros de rutas debieron utilizarse a la hora de trazar las primeras cartas y que ambos documentos tuvieron un empleo conjunto e interdependiente.

Sin aparente continuidad, las cartas portulanos sustituyen las representaciones medievales del mundo, recogidos en los mapas denominados T-O, por una representación de los perfiles costeros y demás noticias de interés al respecto, como la entrada a los puertos, las distancias y direcciones de los abrigos, sondas, entre otros.

Según Manuel Sellés, las cartas tienen dos características. La primera es que solo las costas se trazan con exactitud. Los nombres de los puntos más significativos se inscriben transversalmente a las mismas, de forma que no los cubran; se usa tinta roja para los más destacados. La segunda es que las cartas se hallan atravesadas por una urdimbre de líneas que responden a un trazado bien definido con colores estandarizados. Los rumbos principales se trazan en negro, correspondiendo a los ocho vientos principales; los rumbos intermedios entre ellos, en verde; y el rojo, a su vez, se emplea para los intermedios entre los anteriores. Generalmente se dibuja una rosa de los vientos en el centro de los círculos o en algún punto nodal.

Pese a que su función es la navegación y la gestión comercial, se detectan dos estilos, uno de los cuales debió ser resultado de la colaboración entre dibujantes y cartógrafos. El estilo italiano se distingue por la sobriedad; el catalán, por la riqueza de su colorido y por indicar los nombres de los accidentes geográficos, las provincias y reinos. Sin embargo, estas clasificaciones son estrictas pues artesanos catalanes realizaron cartas italianas, y viceversa.

Durante el siglo XVI perdió vigencia siendo sustituida por una nueva cartografía mejorada con los sistemas de proyección en las que se consignaba la latitud y reducían la distorsión este-oeste de esta.

La brújula o compás magnético es un instrumento utilizado para orientarse, cuya aguja siempre indicará la dirección del norte magnético, distinto del norte geográfico. Se especula que los chinos conocían las propiedades de orientación de la aguja imantada desde alrededor del siglo IX; de ellos la tomaron los árabes en los puertos de la India, quienes la trajeron al Mediterráneo donde ya era reconocida hacia el 1 200.

Los primeros modelos consistían en una estrecha lámina de hierro aguzada en sus puntas. La aguja, tocada por la piedra de imán, se colocada sobre un trozo de madera o dentro de un tubo de caña. Después, en una vasija con agua la aguja imantada se ponía a flotar y la barra mostraba el eje norte-sur de la Tierra. En algunos casos, en lugar de la aguja, llevaban polvo de imán sobre la tabla de madera. Luego para imantar la aguja se frotaba con la piedra imán.

A principios del siglo XIII, su uso ya era generalizado. Según los expertos, fue idea del marino Flavio Gioja, de Amalfi, colocar bajo la aguja imantada la rosa de los vientos para determinar los rumbos, en la que rotulaban los nombres de los vientos.

Existen fundamentalmente dos tipos de brújula: la magnética y el girocompás o brújula giroscópica, desarrollada a comienzos del siglo XX. La brújula magnética determina la dirección mediante una o varias agujas magnetizadas que indican el polo norte magnético. Por otra parte, el girocompás no se afecta por el campo magnético terrestre: el rotor del giróscopo rota alrededor de un eje confinado al plano horizontal, hasta que este eje se alinea con la línea norte-sur paralela al eje de rotación terrestre, para indicar el norte verdadero.

En el Renacimiento se creía que funcionaba mediante brujería, de ahí que su nombre más común es el diminutivo de bruja. A fines de la Edad Media y hasta mediados del siglo XIX, se pensaba que la aguja imantada apuntaba hacia el Polo Norte porque allí existía una gran montaña de hierro o de magnetita en medio de una isla imaginaria llamada Rupes Nigra. Aunque en los últimos tiempos ha sido sustituida por sistemas de navegación más avanzados y completos como el GPS, aún se prefiere la brújula para las actividades que requieren de movilidad o que carecen de acceso a la energía eléctrica.

La bitácora (del francés bitacle, abreviatura de habitacle) es un armario, generalmente de forma cilíndrica o prismática, fija a la cubierta de una embarcación e inmediata a la rueda del timón, sobre la que se pone la aguja náutica o compás marino. Con el propósito de eliminar la inestabilidad que producen los hierros de a bordo y hacer uniforme el campo magnético alrededor de la aguja, en el interior de la bitácora se ubican imanes y al exterior dos esferas de hierro dulce. Todo ello hace posible que la aguja señale constantemente el norte magnético.

Cuando los buques aún no poseían un puente de mando cubierto, el llamado cuaderno de navegación se guardaba en el interior de la bitácora para resguardarlo de las inclemencias del tiempo, de ahí toma el nombre de cuaderno de bitácora. En nuestros días este último término se ha expandido a otros ámbitos, siendo su uso más común como cuaderno de trabajo.

El astrolabio fue un instrumento utilizado en la Antigüedad para observar la altura del polo y de los astros en el mar. El origen del vocablo en griego se traduce como buscador de estrellas. El astrolabio del navegante, llamado astrolabio marino, fue un instrumento para determinar la latitud de un barco en alta mar mediante la medición de la altura del sol del mediodía [declinación] o la altura meridiana de una estrella con una declinación conocida. No se trata de un astrolabio de precisión, el astrolabio marino era mucho más simple que un astrolabio terrestre: un círculo graduado con una alidada para medir ángulos verticales. Fueron diseñados para permitir su uso en los barcos durante la mar gruesa y/o con fuertes vientos, cuando se requiere que los astrolabios sean fáciles de manejar.

Navegantes, astrónomos y científicos lo empleaban para localizar los astros, observar su movimiento y determinar la hora y la latitud. Este instrumento permite medir distancias por triangulación y según las fuentes, el primero de su tipo parece haberse empleado en la primera mitad del siglo XVI. El testimonio más antiguo es el planisferio del destacado cosmógrafo portugués Diego Ribeiro, en 1529. Entre los siglos XVI y XVIII, fue considerado primordial en la marinería, hasta la creación del sextante (1750). En el Museo Castillo de La Real Fuerza se hayan expuestos dos astrolabios de origen español y un tercero, portugués, de los siglos XVI y XVII.

El anillo equinoccial universal es un instrumento portátil usado para la medición del tiempo. Está formado por dos aros y una placa metálica que, abatidos entre sí, pueden quedar reducidos en una superficie plana. Su invención se atribuye al inglés William Oughtred, quien proyectó uno a comienzos del siglo XVII y su diseño está basado en el reloj astronómico de anillo, representación reducida en tamaño y cálculo de los complicados sistemas de las antiguas esferas armilares creadas por Eratóstenes y Ptolomeo.

Este tipo de reloj permite la lectura del tiempo mediante ajustes simultáneos en la latitud (posición) y la declinación solar (día del año). El reloj posee dos bastidores circulares de tal forma que la suspensión del conjunto se puede ajustar primero en la latitud de observación. La colocación del reloj suspendido lo convierte en un reloj ecuatorial. La segunda escala de declinaciones solares se encuentra ubicada en el eje de la esfera que forma el reloj. Se suele ajustar de tal forma que el orificio se desplaza del centro en una parte proporcional a la declinación. En el Museo Castillo de La Real Fuerza se exponen dos anillos del siglo XVIII fabricados en Inglaterra.

El ancla es un instrumento náutico que le permite a cualquier navío fijar su posición en el mar, sin ser arrastrado por las corrientes marinas y los vientos. El ancla de fondeo cuenta comúnmente con dos o más ganchos; en dependencia de la función del barco que la utilice ha de ser menor o mayor el número de ganchos y también el de las anclas. El peso de un ancla puede ser incluso de hasta 20 toneladas en grandes barcos petroleros.

Las primeras referencias históricas del uso de las anclas se hallan en China, hacia el 2000 a. n. e. Eran inicialmente cestas rellenas de piedras o troncos de madera con plomo para darles más peso. Las anclas de hierro aparecen en época romana y tenían el cepo de plomo. Los griegos y romanos emplearon anclas de dos uñas y caña de madera, con cepo de piedra o plomo, en los que se escribían leyendas relativas al dueño de la embarcación o al puerto.

El cuadrante es un instrumento que tiene la forma de un cuarto de círculo -de ahí su nombre- graduado de 0º a 90º, cuya función es medir ángulos en el plano vertical. La primera descripción del aparato se encuentra en el Almagesto, de Ptolomeo, escrito hacia el 150 d.C. En 1462 lo menciona Diego Gomes en su viaje a Guinea por primera vez en uso para la navegación.

Inicialmente era un instrumento de grandes dimensiones que los árabes redujeron hasta hacerlo portátil. Como instrumento astronómico, además de medir alturas, servía para determinar la hora del día y de la noche, para la obtención de la declinación del sol y para usos topográficos mediante una escala altimétrica que llevaba incorporada.

El tamaño del cuadrante es proporcional con su precisión. En la navegación, bastaban cuadrantes pequeños, fáciles de sostener en la mano, simplificados a su primordial utilidad de medir alturas. En el siglo XVI el astrónomo danés Tycho Brahe, que se dedicó a mejorar las observaciones y mediciones astronómicas de la época, fabricó cuadrantes de hasta dos metros de radio, con los que realizó las observaciones astronómicas más precisas hasta entonces efectuadas. Sus mediciones le permitieron a Johannes Kepler descubrir que las órbitas de los planetas son elípticas.