Os relógios podem ser divididos em duas grandes categorias com base em como exibem as informações.
Analógico, também conhecido como mecânico, os relógios usam ponteiros móveis para indicar a hora atual. Digital relógios, por outro lado, exibem a hora como um conjunto de números, normalmente por meio de um LCD ou outra tela eletrônica.
(É tecnicamente possível ter um relógio eletrônico com display analógico, mas é muito raro - vamos tratar analógico e mecânico como sinônimos.)
O que há dentro de um relógio analógico
Todo relógio precisa de três partes fundamentais:
- Cronometragem mecanismo: uma forma de controlar com precisão a passagem do tempo.
- Energia fonte: uma forma de fornecer energia para o movimento dos outros vários componentes.
- Exibição: mostra ao usuário qual é a hora atual.
Em termos mais básicos, um relógio é um dispositivo que usa energia para exibição tempo, regulado por um cronometragem mecanismo.
Considere uma ampulheta cheia de areia - um relógio analógico muito simples. Seu energia
Em relógios analógicos mais sofisticados, as três partes fundamentais são conectadas por meio de engrenagens, polias e outros sistemas mecânicos.
Nos relógios modernos, os componentes mecânicos podem ser substituídos por fios e correntes elétricas. Existem mais configurações possíveis do que poderíamos cobrir, então vamos dar uma olhada em um tipo específico de relógio.
Relógios de pêndulo: o primeiro relógio moderno
Os relógios de pêndulo são indiscutivelmente os primeiros relógios modernos.
Um pêndulo, você se lembrará, é um peso pendurado em um ponto fixo e que pode balançar para frente e para trás - você pode fazer um simples balançando um par de fones de ouvido.
Na virada do século 17, os experimentos do cientista italiano Galileo Galilei em física o levaram a descobrir esta característica única dos pêndulos: um só vai sempre leve a mesma quantidade de tempo para completar um swing completo.
Isso é verdade mesmo que a resistência do ar e outros fatores reduzam lentamente o quão longe um pêndulo se move a cada balanço, até o momento em que ele para.
Ele reconheceu imediatamente o potencial dos pêndulos para cronometragem dentro de um mecanismo de relógio, mas não foi até 1656, o cientista holandês Christiaan Huygens, inspirado no trabalho de Galileu, projetou um pêndulo funcional relógio.
Huygens não tinha habilidade para implementar seu projeto, então ele contratou o relojoeiro profissional Salomon Coster para construí-lo.
Uma olhada por dentro de um relógio analógico
Vejamos como os relógios de pêndulo funcionam de acordo com a divisão em três partes (mecanismo de cronometragem, fonte de energia e visor) que usamos acima.
Fonte de energia: Como uma ampulheta, os primeiros relógios de pêndulo usavam a gravidade para gerar energia por meio de um sistema de pesos pendurados em polias. Girar uma chave iria “dar corda” ao relógio, levantando os pesos e armazenando a energia potencial segurando os pesos contra a gravidade.
Mecanismo de cronometragem: Um pêndulo e um componente chamado escapamento regular a taxa na qual a energia dos pesos é liberada. O escapamento inclui uma roda dentada que garante que ele só possa se mover em etapas discretas ou "tiques".
Cada balanço completo do pêndulo libera um tique no escapamento, que por sua vez permite que os pesos caiam um pouquinho.
Exibição: Os ponteiros do relógio são conectados por meio de um trem de engrenagens ao resto do mecanismo.
Quando o escape libera um tique de energia, as engrenagens giram e os ponteiros se movem na quantidade correta.
Se você assumir uma oscilação do pêndulo de um segundo, o que era comum em projetos posteriores, cada tique acaba movendo o ponteiro dos segundos exatamente 1/60 do caminho em torno do mostrador do relógio.
Nos termos mais simples: energia é armazenado usando pesos elevados e, em seguida, liberado em uma taxa precisa por cronometragem mecanismo de pêndulo, que gira as mãos do exibição para mostrar a hora atual.
Relógios analógicos acionados por mola
Pode ter ocorrido a você que um pêndulo não funcionaria em um relógio, que está em constante movimento.
Em vez disso, relógios mecânicos usam molas principais e rodas de equilíbrio. Os relógios acionados por mola, na verdade, são anteriores aos relógios de pêndulo em cerca de 200 anos, mas eram consideravelmente menos precisos.
A mola principal é enrolada para armazenar energia. A roda do balanço é um disco com peso especial; uma vez colocado em movimento, ele gira para frente e para trás a uma taxa regular para agir como um cronometragem mecanismo.
Relógios de quartzo movidos a bateria
Hoje, os relógios mais comuns são os relógios de quartzo, nomeados por causa de seus cronometragem mecanismo.
Cristais de quartzo são piezoelétrico: se você passar uma corrente elétrica por eles, eles vibram a uma taxa específica. Observe uma tendência? Quase qualquer processo com uma taxa específica pode atuar como um mecanismo de cronometragem.
Um típico relógio moderno alimentado por bateria envia uma minúscula corrente elétrica através de um cristal de quartzo, que é colocado em um circuito que atua como um escapamento: ele libera pequenas quantidades de eletricidade da bateria em intervalos regulares ditados pela vibração do quartzo.
Cada “tique” regular de eletricidade alimenta um motor para mover as mãos analógicas ou controla a saída para uma tela digital.
Uma nota final sobre relógios atômicos
Você pode ter visto ou ouvido falar de um relógio atômico.
Eles são quase totalmente digitais, então não entraremos em detalhes, mas os princípios básicos de como eles funcionam são os mesmos dos relógios acima. A grande diferença é a marcação do tempo: eles são construídos em torno de um mecanismo que mede a taxa precisa na qual os átomos de césio liberam energia após serem “excitados” por ondas de rádio.
O Sistema Internacional de Unidades padronizou sua definição de um segundo nas propriedades do césio em 1967, e ele permaneceu o padrão desde então.