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orològio

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Lessico

sm. [sec. XIV; dal latino horologĭum, che risale al greco hōrológion, propr. quello che dice l'ora, da hora, ora, e -lógion, da légō, dire].

1) Strumento indicatore dell'ora e misuratore del tempo, basato sulla divisione convenzionale di un giorno in 24 ore, di un'ora in 60 minuti, di un minuto in 60 secondi e di un secondo in 10 decimi, o 100 centesimi, o 1000 millesimi: orologio da tavolo, da tasca; orologio a pendolo, elettrico. In particolare: orologio solare, la meridiana; orologio ad acqua, a sabbia, la clessidra; un'ora d'orologio, un'ora precisa. Fig., essere un orologio, di congegno che funziona con grande precisione o di persona estremamente precisa, puntuale e metodica; stare con l'orologio alla mano, essere puntualissimo o esigere dagli altri la massima puntualità.

2) In informatica, per orologio di macchina, vedi temporizzatore.

3) In biologia, orologio biologico o orologio interno, ipotetico meccanismo misuratore del tempo, con periodicità circadiana sincronizzata con l'ora locale, che regola alcune funzioni ritmiche degli animali (vedi bioritmo) e tramite il quale le specie che si orientano tenendo il Sole come punto di riferimento sono capaci di compensare con angoli appropriati le loro rotte in base allo spostamento del Sole nella volta celeste in un dato periodo di tempo. Almeno negli Uccelli è possibile sfasare l'orologio interno rispetto al moto effettivo del Sole sottoponendoli a un ritmo di illuminazione artificiale. L'orologio biologico risiede probabilmente in qualche parte del sistema nervoso, ma non se ne conoscono né la sede né il meccanismo.

4) In botanica, orologio di flora, nome dato da Linneo a un elenco di piante compilato in base al momento di apertura e di chiusura dei rispettivi fiori.

5) In zoologia, orologio della morte, vedi Anobiidi.

6) In biologia molecolare, orologio cellulare, come insieme di sistemi intracellulari in grado di misurare l'età di una cellula, in termini di divisioni, e programmarne la morte (vedi invecchiamento e apoptosi). Questo ruolo spetta ai telomeri che segnano l'età di una cellula a partire dalle prime divisioni dopo la fecondazione fino all'individuo adulto. Durante il procedere delle divisioni cellulari le sequenze situate alle estremità dei cromosomi vanno progressivamente perdute e i telomeri si accorciano: la lunghezza di queste regioni di DNA indica il numero di divisioni cellulari avvenute. Il progressivo accorciamento dei telomeri non avviene nelle cellule germinali, nelle cellule embrionali ed in quelle infantili, caratterizzate da attività mitotica molto intensa, perché in esse è attivo l'enzima telomerasi, che controlla la corretta duplicazione dei telomeri. Tale enzima perde di efficienza nelle cellule somatiche dell'adulto e ne determina l'invecchiamento. L'orologio cellulare funziona da meccanismo di controllo per impedire la crescita illimitata e l'instaurarsi di cloni di cellule tumorali, che sfuggono all'accorciamento dei telomeri.

Cenni storici

Non vi sono documentazioni certe di quando vennero realizzati i primi misuratori di tempo, è però interessante notare che i due esemplari più antichi sono entrambi egiziani e pressoché contemporanei: una meridiana di ardesia (ca. 1450 a. C.) e una clessidra di alabastro (ca. 1400 a. C.), anche se è ragionevole pensare che l'uso di meridiane rudimentali fosse di molto anteriore. Gli orologi solari (le meridiane), e gli orologi ad acqua (le clessidre) divennero d'uso corrente, tra il sec. IV e il I a. C., in tutta l'area del Mediterraneo, mentre già da tempo erano diffusi in Oriente. L'evoluzione della meridiana (che sarebbe più corretto definire orologi a ombra) ha avuto, fino a tutto il Medioevo, quale obiettivo una suddivisione sufficientemente precisa del periodo di tempo compreso fra l'alba e il tramonto, variabile in lunghezze con il variare delle stagioni. Ragionevolmente attendibili (con errori, fra estate e inverno, di non più di mezz'ora), grazie a quadranti molto sofisticati, le meridiane medievali, delle quali si conservano pregevoli esemplari anche portatili. Molto più complessa dal punto di vista tecnico e per le ripercussioni che ha avuto sulla realizzazione dell'orologio meccanico, è la storia della clessidra (va notato che impropriamente sono detti clessidre anche i segnatempo a sabbia apparsi per la prima volta nel sec. XIII e usati ancor oggi). Originariamente costituita da un semplice vaso recante un foro nel fondo, attraverso il quale defluiva l'acqua il cui abbassamento di livello indicava il trascorrere del tempo, subì una radicale trasformazione nel sec. II a. C. per merito di Ctesibio. Questi utilizzò due recipienti, il primo dei quali mantenuto a livello costante affinché l'acqua ne uscisse sempre con la stessa velocità; questa cadeva nel secondo recipiente, sulla parete del quale erano segnate le suddivisioni delle ore. Con un ulteriore perfezionamento Ctesibio costruì un primo orologio idromeccanico: nel vaso di raccolta inserì un galleggiante dal quale partiva un'asta a cremagliera che ingranava con una ruota dentata capace di azionare un meccanismo (una soneria, un automa, ecc.) indicatore dell'ora. I primi orologi interamente meccanici (gli “svegliatori” o “svegliarini” monastici) risalgono al sec. XIII e derivano dagli svegliatori ad acqua usati nei monasteri che possono essere considerati un'evoluzione della clessidra in quanto un recipiente, che si riempiva lentamente di acqua, raggiunto un determinato peso faceva cadere delle sferette metalliche il cui rumore svegliava il preposto. Gli svegliatori meccanici erano costituiti da una gabbia metallica che racchiudeva un rotismo elementare azionato da un peso e frenato da un bilanciere (motore a peso); la ruota principale recava un certo numero di fori (generalmente 24 o 48, cioè uno per ogni ora o mezz'ora) in uno dei quali era inserito un piolo che, quando incontrava un indice fisso, faceva scattare il meccanismo della soneria. Al sec. XIV risale il primo vero orologio a peso, basato sul principio meccanico degli svegliatori, capace di funzionare ininterrottamente per 24 ore, battendo un colpo per ogni ora, e provvisto di un regolatore del moto (scappamento a verga). Per le dimensioni del motore a peso e dei rotismi collegati con la suoneria, questi primi orologi meccanici erano montati in cima a torri o a campanili; l'applicazione di altri rotismi, che comandavano due lancette (per le ore e i minuti), permise di rendere visibile a tutti il quadrante, che fu applicato su una facciata della torre o del campanile in corrispondenza dell'orologio. Il sec. XIV fu epoca di grande progresso per l'orologeria: basti l'esempio di G. Dondi, che fra il 1348 e il 1364 costruì un orologio a peso astronomico con calendario perpetuo assai preciso. Inoltre, gli apparati di suoneria vennero elaborati, talvolta, con un complesso di accessori spesso fantastici (automi, carillon di campane, ecc.). Nel sec. XV la sostituzione del motore a peso con il motore a molla e lo sviluppo della tecnologia meccanica, che permise di realizzare rotismi di piccole dimensioni, consentirono la costruzione dei primi orologi da tasca (quelli che, per un errore di traduzione dal tedesco, furono detti “uova di Norimberga”). Di fondamentale importanza fu l'introduzione nel sec. XVII, per merito di Galileo e di C. Huygens, del pendolo, che finalmente rese possibile un grado di precisione soddisfacente. La sostituzione dello scappamento a verga con quello ad ancora (Clement, 1670) aprì l'era degli orologi moderni, prima a pendolo e subito dopo anche a bilanciere (munito della molla a spirale ideata da R. Hooke). Dopo di che, e fino all'invenzione degli orologi elettrici, l'orologio meccanico è rimasto fondamentalmente lo stesso, pur con i molti perfezionamenti via via aggiunti. Si ricordano l'introduzione di pietre preziose forate (1704) come cuscinetti per gli assi delle ruote, lo scappamento a cilindro (Graham, 1721) e quello ad ancora con leve inventato da T. Mudge nel 1755 ma diffusosi soltanto ai primi del 1800 e a tutt'oggi il più usato.

Arte

Gli orologi incominciarono ad assumere interesse artistico dal sec. XV, quando l'introduzione della molla consentì la riduzione delle loro dimensioni e la fabbricazione di orologi da tavolo e da tasca. Tra i primi tipi da tavolo vi fu la “tamburina”, fatta per lo più a tronco di cilindro col quadrante rivolto verso l'alto, il cui involucro (in bronzo od ottone) era decorato con varietà ed eleganza. Poco dopo si diffuse la “cappuccina” col quadrante in verticale, dalla quale derivano quasi tutti gli orologi da tavolo del Sette-Ottocento . Questi tipi di orologio, che misero in evidenza l'eccellenza degli orologiai di Norimberga e di Augusta, ebbero soprattutto nel sec. XVIII una decorazione estremamente raffinata e varia, legata agli stili ornamentali in voga, dalle forme fantasiose del rococò alle linee più sobrie ma non meno eleganti dello stile Impero. Al sec. XVIII data anche la maggior diffusione dell'orologio da tasca, già prodotto però dalla fine del Cinquecento in modelli molto piccoli e preziosi, che rappresentano la parte più interessante della storia dell'orologio. Di forme svariatissime (ovali, rotondi, a goccia, ecc.) racchiusi o meno in custodie di metallo o di cristallo, erano lavorati con tutte le risorse dell'oreficeria e portavano spesso preziose gemme e smalti. Il sistema della controcassa e l'orologio di forma rotonda recante un perno con anello si generalizzarono nel Seicento. Nel Settecento le forme divennero ancor più bizzarre e non mancarono orologi inseriti in oggetti quali tabacchiere, pomi di bastone, ecc. In questo periodo si distinsero particolarmente gli orologi di fabbricazione francese; in Francia, tra l'altro, si lanciò la moda degli orologi portati nel taschino del panciotto con una preziosa catena. Di grande interesse antiquario è anche l'orologio a pendolo , nato nel Seicento, e molto diffuso in Inghilterra e in Francia dove all'epoca di Luigi XV se ne produssero di bellissimi a forma di violoncello, veri capolavori di ebanisteria (vedi anche stile Luigi XV). A iniziare dal sec. XIX la decorazione degli orologi sia da tavolo sia da tasca si semplificò notevolmente, mentre l'attenzione si volse piuttosto alla complessità e precisione dei congegni.L'orologio da polso adottato nel sec. XX, anche se non mancano esempi di modelli preziosi, incastonati di gemme, è in genere molto semplice, di forma ovale, rotonda o quadrata. Più evidente negli odierni modelli è l'apporto tecnico, sia nella fabbricazione di orologi di assoluta precisione sia in quella di orologi destinati a prestazioni speciali, per esempio a sopportare senza alcun danno il contatto con l'acqua, a sopportare impunemente gli effetti della pressione, ecc.

Tecnica

Dal punto di vista teorico, l'orologio è costituito da un generatore di oscillazioni isocrone (cioè di frequenza e durata costanti) e da un contatore automatico di tali oscillazioni collegato mediante un demoltiplicatore a uno o più dispositivi dotati di moto rotatorio periodico. Dato il numero delle oscillazioni nell'unità di tempo, il demoltiplicatore può essere costruito in modo che ogni periodo di rotazione del dispositivo indicatore corrisponda esattamente a una delle suddivisioni convenzionali del giorno. Più alto è il numero delle oscillazioni nell'unità di tempo, maggiore è il grado di precisione dell'orologio. Per comodità di consultazione, si usano generalmente periodi di 12 ore, di 1 ora, di 1 minuto. Cronometri speciali, per esempio quelli impiegati nella misurazione dei tempi in gare sportive o quelli – detti più propriamente contaminuti – per misurare intervalli di tempo particolari, possono essere tarati su periodi di 45, 30, 10 minuti, ecc. Gli orologi si distinguono anzitutto per il tipo di oscillatore, che può essere un meccanismo (orologi meccanici), un dispositivo elettrico (orologi elettrici), un diapason (orologi a diapason), un cristallo di quarzo (orologi a quarzo). Tipo particolare è l'orologio atomico. Una classificazione pratica è quella basata sull'utilizzazione o sulla collocazione prevalente (orologi astronomici, cronografi, contaminuti, contasecondi; orologi da polso, da tasca, da tavolo, da parete, da torre). Oltre un certo grado di precisione, dell'ordine di un decimo di secondo al giorno, verificato e documentato da un apposito ente internazionale, gli orologi di qualsiasi tipo sono detti cronometri.

Classificazione: orologi meccanici

Di gran lunga i più diffusi, fino alla messa a punto dei moderni orologi a quarzo, si dividono in diverse classi che tengono conto della soluzione tecnica adottata per realizzare le quattro parti principali: oscillatore (pendolo o bilanciere), meccanismo di scappamento (a cilindro o ad ancora), motore (a peso, a molla o elettrico), rotismo (più o meno complesso secondo le indicazioni che l'orologio è in grado di fornire). Tra gli orologi meccanici i più comuni sono quelli da polso, a bilanciere, con scappamento ad ancora e motore a molla, rotismo azionante tre lancette indicanti rispettivamente le ore, i minuti e i secondi. Una molla d'acciaio contenuta in un tamburo (bariletto), opportunamente armata mediante il meccanismo di carica, costituisce il motore che fornisce l'energia necessaria ad azionare il rotismo e l'oscillatore. Il rotismo è formato da due serie di ruote dentate: la principale comprende quattro ruote coassiali ad altrettanti pignoni, ciascuno dei quali ingrana con la ruota precedente (“ruota centro”, il cui pignone ingrana con la corona dentata del bariletto, “prima intermedia”, “seconda intermedia”, “ruota di scappamento”). Dall'asse della ruota centro, che si prolunga attraverso il foro centrale del quadrante e sostiene la lancetta dei minuti, mediante un sistema a frizione si dirama la seconda serie di ruote che comprende il demoltiplicatore, che fa girare la lancetta delle ore e il meccanismo di “messa all'ora”, comandato dal bottone di carica. Negli orologi che hanno la lancetta dei secondi al centro del quadrante, questa è fissata sull'asse (interno all'asse della ruota centro, cavo) di una ruota supplementare che deriva il proprio movimento dalla seconda intermedia; se la lancetta dei secondi è fuori dal centro (generalmente sopra il segno delle ore 6), l'asse che la sostiene è quello della stessa seconda intermedia, che in tal caso si chiama “ruota secondi”. Il rotismo è molto più complesso nei cronografi e negli orologi che danno indicazioni particolari, per esempio il numero e talvolta anche il nome del giorno, le fasi lunari, ecc. Maggior complessità dei rotismi si ha negli orologi a carica automatica, generalmente fornita dallo spostamento di una massa eccentrica collegata mediante ruote dentate e arpionismi al meccanismo di carica. L'ultimo elemento del rotismo principale, cioè la ruota di scappamento, ha i denti sagomati in forma particolare, adatti a fornire gli impulsi di moto al bilanciere e precisamente attraverso i due rebbi (leve) dell'ancora (nel tipo ad ancora), direttamente sull'asse cavo, opportunamente sagomato del bilanciere, nel tipo a cilindro. Nell'uno e nell'altro caso, il meccanismo di scappamento consente la liberazione di un dente a ogni semioscillazione del bilanciere, e quindi la velocità di rotazione della ruota di scappamento è determinata dal numero di oscillazioni che il bilanciere compie nell'unità di tempo (normalmente 18.000 in un'ora). Poiché tale numero di oscillazioni dipende, oltre che dal peso del bilanciere, anche dalla lunghezza della molla a spirale che ne provoca l'inversione di senso al termine di ogni semioscillazione, ne deriva la possibilità di regolare la marcia dell'orologio agendo sulla molla a spirale del bilanciere. Precisamente, una maggiore lunghezza di questa rallenta le oscillazioni del bilanciere e quindi provoca un ritardo nella marcia, l'opposto nel caso contrario. Negli orologi a pendolo, che hanno motore generalmente a peso, il pendolo funziona, dal punto di vista teorico, esattamente come un bilanciere: anzi, questo non è altro che un caso particolare di pendolo, sul quale ha il vantaggio di potersi muovere su qualsiasi piano. Negli orologi a pendolo il meccanismo di scappamento è sempre del tipo ad ancora, mentre una variante notevole è costituita dal cosiddetto pendolo di torsione, nel quale l'oscillazione sul piano verticale è sostituita da una rotazione alternata sul piano orizzontale. Il motore è spesso costituito da una massa metallica che tende una catenella avvolta su un tamburo collegato ai rotismi.

Classificazione: orologi elettrici

Sono caratterizzati dall'assenza del meccanismo di scappamento, oltre che, naturalmente, dal fatto che l'energia necessaria al loro funzionamento è data dalla corrente elettrica, alternata (di rete) o continua (fornita da una pila o da una batteria). Va tuttavia ricordato che sono orologi meccanici tutti quelli (da muro, da tavolo o da polso) che, pur azionati da un dispositivo elettrico (pila la cui energia è opportunamente trasmessa a 1 o 2 elettrocalamite che provocano le oscillazioni del bilanciere), sono però dotati di rotismo completo e di scappamento meccanico. Negli orologi elettrici propriamente detti la corrente alimenta un motore sincrono monofase il quale gira a velocità costante e quindi è sufficiente un semplice rotismo demoltiplicatore opportunamente dimensionato per far muovere le lancette secondo il periodo voluto. Caratteristica appariscente di tali orologi è il moto uniforme delle lancette, mentre in quelli meccanici avanzano a piccoli scatti ciascuno corrispondente al passaggio di un dente della ruota di scappamento. Sono abbastanza diffusi orologi elettrici senza le tradizionali lancette sul quadrante, sostituite da una serie di piastrine ribaltabili che formano i numeri da 00.00 a 23.59. Inoltre possono essere dotati di suoneria e dispositivi per l'illuminazione del quadrante.

Classificazione: orologi a diapason

Prendono il nome da un diapason metallico , che può avere la sola funzione di oscillatore (come nei tipi da laboratorio) oppure può esso stesso fungere da motore (come negli orologi da polso). Gli orologi d'uso corrente (da polso, da tavolo, ecc.) sono muniti di un circuito oscillante alimentato da pile nel quale il diapason oscilla alla propria frequenza di risonanza, a opera di piccolissimi elettromagneti inseriti appunto nel circuito, e aziona direttamente i rotismi che trasmettono il moto alle lancette e comandano le eventuali indicazioni particolari. Nei tipi da laboratorio (di grande precisione), la vibrazione del diapason mantiene rigorosamente stabile la frequenza di un generatore elettronico di potenza sufficiente per alimentare un motore sincrono che a sua volta aziona la parte meccanica dell'orologio. Questi orologi, di alta precisione, sono spesso digitali; in tal caso azionano un dispositivo meccanico od ottico che presenta, a una serie di piccole finestre, direttamente le cifre, che, lette nella solita sequenza, forniscono l'ora, i minuti, i secondi e, nei tipi usati per esempio nelle competizioni sportive, i decimi e i centesimi di secondo.

Classificazione: orologi a quarzo

Sono caratterizzati dall'impiego di un cristallo di quarzo piezoelettrico la cui frequenza elevata ed estremamente costante permette di stabilizzare la frequenza del motore. Consistono essenzialmente di un circuito oscillante nel quale il dielettrico del condensatore principale è costituito dal cristallo di quarzo. Regolando gli altri elementi del circuito, si può avere una oscillazione di frequenza pari alla frequenza meccanica di risonanza del cristallo di quarzo. Il circuito fornisce così una tensione alternata di frequenza estremamente costante, che non risente di variazioni di temperatura, pressione e altre condizioni ambientali. Tale frequenza, dell'ordine di 100.000 Hz, viene demoltiplicata fino a un valore di ca. 1000 Hz, adatta al funzionamento di un motorino sincrono che a sua volta fa muovere la parte meccanica dell'orologio stesso. Tali orologi, la cui sorgente di energia è una pila, hanno precisione elevatissima per cui hanno soppiantato gli altri tipi di orologio nei laboratori e dove occorra un “campione di tempo” preciso (per esempio negli osservatori astronomici). La produzione di meccanismi al quarzo, utilizzati sia per gli orologi da polso sia per le sveglie e gli orologi da muro, ha praticamente soppiantato quella degli orologi tradizionali meccanici a bilanciere, che è ormai limitata ad alcuni modelli delle marche svizzere più prestigiose. In essi il quarzo è generalmente impiegato in parallelo con un diapason-motore: un circuito elettronico confronta le oscillazioni del quarzo con le vibrazioni del diapason risultandone un grado di precisione dell'ordine di alcuni secondi l'anno. In questi orologi si è giunti all'eliminazione completa delle parti meccaniche in movimento per mezzo di un micro-circuito integrato che comprende un oscillatore, divisori di frequenza e decodificatori per il comando di indicatori numerici. Gli orologi interamente elettronici, per l'assenza di lubrificanti e relativi problemi di invecchiamento, offrono un'affidabilità superiore dal punto di vista della durata. Il loro successo è dovuto sostanzialmente all'uso di display (indicatore) a cristalli liquidi.

Classificazione: orologi atomici

Rappresentano il massimo, finora raggiunto, della precisione in quanto misurano gli intervalli di tempo usando come campione il periodo di oscillazione delle radiazioni e messe da atomi in transizione fra due stati fisici. Il primo orologio atomico, ad ammoniaca, fu costruito nel 1947. In esso un oscillatore a quarzo, costituito da una sottile lamina in quarzo in cui vengono indotte vibrazioni da un campo elettrico alternato esterno, è accoppiato a un risonatore ad ammoniaca. L'atomo di azoto nella molecola di ammoniaca NH3 è posto al vertice di un tetraedro nella cui base sono i 3 atomi di H e può oscillare rispetto al piano degli stessi, fra due posizioni a questo simmetriche (figura A), con frequenza rigorosamente costante. Per risonanza con un fascio di onde elettromagnetiche della stessa frequenza, l'ampiezza delle oscillazioni può essere notevolmente aumentata. Per la costruzione di orologi atomici vennero utilizzati successivamente atomi, come il cesio, l'idrogeno e il tallio, in grado di produrre radiazioni di frequenza particolarmente stabile e per questo adatti a fornire un campione inalterabile e riproducibile di intervallo di tempo. Nel caso dell'atomo di cesio (figura B), che si comporta come un dipolo magnetico, viene utilizzato il periodo corrispondente alla frequenza della radiazione emessa quando varia l'orientazione del momento magnetico atomico fra due direzioni determinate. Un orologio atomico ad ammoniaca può avere un errore di un secondo ogni 30 anni, la frequenza di un orologio atomico al cesio è tale che il suo possibile errore è minore di un secondo ogni 300 anni. Orologi atomici al cesio sono in funzione al National Physical Laboratory di Teddington (Gran Bretagna), al National Bureau of Standards di Boulder (con un errore massimo di un secondo ogni 3000 anni) e in Italia presso l'Istituto elettrotecnico Galileo Ferraris di Torino. Gli studi più recenti sul maser a idrogeno consentono di prevedere la costruzione di un orologio atomico a idrogeno in grado di ottenere una precisione pari a un errore di un secondo ogni 300.000 anni .

Bibliografia

Per l'arte

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Per la tecnica

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