Informazioni tecniche

1. Orologi al quarzo e orologi meccanici, come funzionano?

L’orologio al quarzo e l’orologio meccanico

L’industria degli orologi produce principalmente due tipi di orologi: orologi al quarzo e orologi meccanici. Tre orologi su quattro sono elettronici. Nonostante gli orologi meccanici siano prodotti in minor quantità, essi sono estremamente importanti in termini di valore economico in quanto rappresentano più del 75% del valore totale.

Orologio al quarzo

In un orologio al quarzo, il cuore dell’orologio è costituito dal circuito integrato. La suddivisione del tempo è ottenuta tramite un oscillatore al quarzo che vibra sotto l’effetto dell’energia elettrica fornita dalla batteria. La fonte di energia è una batteria miniaturizzata con una durata di diversi anni. La suddivisione del tempo è effettuata da un oscillatore al quarzo che trasforma l’energia della batteria in vibrazioni.

Gli orologi al quarzo sono estremamente precisi grazie all’alta frequenza delle vibrazioni (32 kHz). La loro tolleranza annuale è di conseguenza molto bassa: nell’ordine di un minuto all’anno, ossia meno di un secondo al giorno.

Gli orologi al quarzo sono dotati di due tipi di display. Il più comune è il display analogico, cioè con lancette.

Gli orologi con display digitale contengono cristalli liquidi che ricevono gli impulsi necessari per visualizzare l’ora direttamente dal circuito integrato e, pertanto, non vi è nessuna trasmissione meccanica di energia.

Questi due tipi di display possono essere combinati per fornire una serie di informazioni, come ad esempio l’ora del giorno e le misurazioni di brevi periodi di tempo.

Diagramma di un orologio al quarzo

1) Batteria

2) Circuito integrato

3) Quarzo

4) Trimmer per la taratura della frequenza

5) Motore passo-passo

6) Ruotismi ed ingranaggi

7) Display analogico

Orologio meccanico

Un orologio meccanico standard contiene circa 130 componenti assemblati in tre sottoinsiemi, cioè la fonte di energia, le parti per le regolazioni e il quadrante. Il numero di componenti è naturalmente più elevato per gli orologi più complessi (cronografo, calendario, fase della luna, lancetta a trascinamento, ecc.). L’energia fornita dalla molla è trasmessa da ruotismi ed ingranaggi. Lo scappamento trasmette impulsi, mentre il bilanciere suddivide il tempo. La carica manuale o automatica tramite il rotore, comprime la molla.

Diagramma di un orologio meccanico

1) Molla principale

2) Ruotismi ed ingranaggi

3) Scappamento

4) Bilanciere oscillante

5) Albero di carica / Rotore

6) Display analogico

Orologio automatico al quarzo

Si tratta di un movimento che combina due tecnologie diverse, che funziona come un movimento al quarzo ma che si ricarica come un orologio meccanico, ottenendo così un orologio automatico con la precisione di uno al quarzo.

Il suo principio di funzionamento è semplice ma tuttavia rivoluzionario: un meccanismo di ricarica automatico (massa oscillante) comprime la molla che, quando rilasciata, attiva un mini-generatore in grado di convertire l’energia meccanica in energia elettrica. Questa energia viene accumulata in un condensatore e successivamente il sistema opera come un tradizionale orologio al quarzo, dove il circuito integrato controlla la distribuzione dell’energia e fornisce gli impulsi necessari per azionare il motore passo-passo.

2. Con quanta precisione misuriamo il tempo?

Il tempo è suddiviso naturalmente da fenomeni astronomici: la rotazione della Terra intorno al Sole, le stagioni terrestri, le fasi della Luna, la successione del giorno e della notte.

Per misurare il tempo in piccole suddivisioni o unità, l’uomo ha sviluppato metodi artificiali come la meridiana o la clessidra, una sorta di orologio che misurava un flusso d’acqua. Tuttavia, dal 1657 l’uso di sistemi oscillanti nei movimenti meccanici ha permesso di svolgere questo compito in modo più efficiente.

La rivoluzione elettronica ha avuto un’influenza decisiva  in questo processo. Nel 1967, un gruppo di ricerca svizzero ha progettato e sviluppato il primo orologio con movimento elettronico, più comunemente noto come orologio al quarzo. Questa tecnologia, che utilizza l’energia elettrica della batteria, ha altresì spianato la strada per i display a diodi e in seguito a cristalli liquidi.

Gli orologi al quarzo sono estremamente precisi grazie all’alta frequenza delle vibrazioni (32 kHz) e la loro variazione (avanti o indietro) è meno di un secondo al giorno.

Al contrario, le frequenze delle oscillazioni più comunemente utilizzate negli orologi meccanici sono nell’ordine di 3 o 4 Hz, con una tolleranza giornaliera inferiore ai 10 secondi.

3. Definizione di cronografo, cronometro, complicazione orologiera

Cronografo, cronometro, complicazione

Un cronografo è un segnatempo che contiene due sistemi di misurazione indipendenti: uno indica il tempo, l’altro registra brevi periodi di tempo. I contatori dei secondi, minuti e ore possono essere avviati e arrestati a comando per misurare direttamente l’esatta durata di un avvenimento.

Un cronometro è un orologio il cui movimento è stato sottoposto a verifiche di accuratezza da un organismo ufficiale. Lo standard richiesto è molto elevato, ovvero solo pochi secondi di variazione al giorno in condizioni di temperature avverse e nelle posizioni più difficili.

Una complicazione è un’ulteriore strumento che differisce dalla semplice funzione di segnatempo. Il cronografo, i congegni di segnalazione, i ripetitori, i calendari perpetui, le fasi della luna e i fusi orari multipli sono tutti esempi di complicazioni.

4. Qual è la durata di una batteria da orologio?

La durata di una batteria per orologi è generalmente da due a cinque anni, a seconda dal tipo di orologio, dalle sue dimensioni e dalla quantità di energia richiesta dalle diverse funzioni. Un cronografo, ad esempio, avrà un consumo di energia maggiore rispetto ad un orologio che indica solo le ore, i minuti e i secondi.

Alcuni orologi sono dotati di un indicatore dello stato della batteria: quando la lancetta dei secondi si muove ad intervalli di vari secondi, è tempo di sostituire la batteria.

Alcune speciali batterie al litio-iodio possono teoricamente durare fino a 10 anni

5. Cosa si intende con pietre preziose in un orologio?

Un movimento meccanico contiene pietre da orologeria per ridurre al minimo l’attrito e l’usura: i rubini che erano originariamente usati sono stati da tempo sostituiti da zaffiri sintetici. Queste pietre preziose, come ancora oggi sono chiamate, vengono tornite, lucidate e forate per essere utilizzate come cuscinetti per i diversi ingranaggi di un orologio.

In generale, un orologio meccanico standard che mostra ore, minuti e secondi dovrebbe, in linea di principio, contenere almeno quindici pietre posizionate nei posti maggiormente soggetti ad usura a causa dell’attrito ed essere provvisto di un sistema di ammortizzamento degli urti sul bilanciere, contenente uno zaffiro.

6. Che cosa è una lunetta unidirezionale?

La lunetta è un anello montato sulla cassa dell’orologio ed è utilizzata per registrare dati aggiuntivi, come ad esempio la durata di un avvenimento e può ruotare in entrambe le direzioni.

La lunetta unidirezionale, come suggerisce il nome, ruota invece solo in un senso. Questo vincolo di carattere tecnico evita qualsiasi rischio durante la misurazione, come ad esempio di tempi di immersione, poiché se anche la lunetta venisse urtata e spostata, si limiterà semplicemente a indicare al subacqueo che ha meno aria o meno tempo di decompressione anziché di più.

7. GMT, UTC, TAI (Tempo Atomico Internazionale)

Dopo alcune accese discussioni, sopratutto tra francesi e inglesi, nell’ottobre del 1884 la conferenza internazionale di Washington ha adottato il meridiano di Greenwich come primo meridiano per la rilevazione della longitudine.

Il borgo di Greenwich, situato nella periferia sud-est di Londra, ha ospitato fino al 1946 l’omonimo Osservatorio Reale.

Questo meridiano è stato anche utilizzato per determinare i fusi orari e l’ora originale o GMT (Greenwich Mean Time o Tempo medio di Greenwich). Dato che un giorno dura 24 ore, il globo terrestre è suddiviso in 24 zone la cui longitudine si differenzia di 15° (un’ora), con il centro di ogni zona che fissa l’orario della stessa.  Il GMT è il tempo solare medio calcolato a mezzogiorno. Il sistema GMT è stato adottato da tutto il mondo dal 1° gennaio 1885 per conoscere l’ora esatta in qualunque parte del globo.

Tuttavia, i fusi orari seguono i confini nazionali ed alcuni paesi divergono dall’ora universale. La Cina, ad esempio, ha adottato un solo orario per tutto il suo territorio, mentre l’India comprende una variazione di orario di cinque ore e mezzo.

Dal 1° gennaio 1982, a seguito di una decisione dell’Unione Internazionale delle Telecomunicazioni (International Telecommunication Union – UIT), il GMT è stato sostituito dall’UTC (Coordinated Universal Time o Tempo Coordinato Universale), al fine di correggere l’ora universale dato che la durata del giorno non è costante durante tutto l’anno a causa della rotazione della Terra sul suo asse. Anche se per convenzione internazionale l’UTC è analogo al GMT, le loro misurazioni differiscono: il GMT è misurato da mezzogiorno, mentre l’UTC è misurato da mezzanotte.  L’UTC è la base legale per l’odierno orario per tutto il mondo.

L’UTC stesso deriva dal TAI (International Atomic Time o Tempo Atomico Internazionale) da cui si differenzia solo per un numero intero di secondi, attualmente 32. Questi secondi intercalari vengono aggiunti su indicazione del Servizio Internazionale di Rotazione della Terra (International Earth Rotation Service) per garantire che, in media durante gli anni, alle 12:00:00 UTC il sole sia al di sopra del meridiano di Greenwich entro nove decimi di secondo. L’ora civile è l’orario in vigore all’interno di una nazione. Circa 70 paesi utilizzano l’ora legale aggiungendo un’ora durante determinati periodi dell’anno, generalmente da aprile a settembre nell’emisfero settentrionale e da ottobre a marzo nell’emisfero meridionale. Il Giappone è l’unico paese industrializzato a non utilizzare l’ora legale.

L’International Date Line (Linea internazionale del cambiamento di data) è sul lato opposto del globo rispetto al meridiano di Greenwich. Uno dei principali motivi per cui Greenwich anziché Parigi fu scelto come meridiano principale fu perché il suo antipodo non attraversava nessuna terra.

 

Fonte: Federazione dell’Industria dell’Orologeria Svizzera – FH (www.fhs.ch