Scelta dell’automatico: uni o bidirezionale

Una decisione non banale che interessa la tecnica e la durabilità.

In questo momento storico è evidente che il meccanismo a carica automatica sia il più gettonato tra gli appassionati di Orologeria.

Soddisfa la comodità di non dover ricordare l’operazione di ricarica ogni giorno, appaga la suggestione della meccanica di precisione, e infine garantisce quel minimo di contatto fisico-operativo che i cultori della disciplina “sentono” come importante.

A differenza del movimento a quarzo, che si presenta in modo freddo e asettico, l’automatico lega indissolubilmente il presente al passato e quindi alla tradizione.

Al fine di colmare il gap relativo alla precisione di marcia, appannaggio dell’elettronica, la meccanica cerca soluzioni sempre più sofisticate.

In relazione all’automatico, però, non parleremo di precisione ma di un altro parametro importante: la durabilità. Intesa come salvaguardia degli elementi meccanici al fine di non sottoporli a stress.

Quale automatico scegliere?

Nella scelta di un orologio automatico, dopo aver individuato funzioni aggiuntive, marca, prezzo e estetica, occorre fare ancora una considerazione tecnica che non dipende dalla qualità.

Esistono due diverse categorie di automatici, in una classificazione trasversale a tutte le marche. E si riferiscono al tipo di carica che la massa oscillante fornisce al bariletto. Nel suo incedere dinamico, la massa oscillante può caricare la molla sia in modo unidirezionale che bidirezionale. In altre parole la carica può avvenire in una sola direzione della massa oscillante, oppure in tutte e due.

Sebbene oggi si prediliga la carica bidirezionale, perché ritenuta più efficiente, ci sono motivi per escluderla.

Mettiamo il caso di uno sportivo che porti sempre al braccio un automatico bidirezionale. Saremo certi che la molla sarà sempre ai livelli massimi di carica. Essendo però quella degli automatici una molla senza fine che provvede a sganciarsi dal punto di aggancio al momento in cui va alla massima tensione, lo scatto che ne consegue interferisce sul bariletto con un seppur minimo stress.

Nel caso invece di una persona sedentaria, qualora scegliesse un automatico a carica unidirezionale, potrebbe avere problemi di autonomia di carica nel suo segnatempo.

Il consiglio di fondo, quindi, è quello di cercare un unidirezionale nel caso in cui si sia persone molto attive. Per chi non fa movimento o non pratica alcuno sport, la carica bidirezionale è sicuramente l’ideale.

Sono piccoli accorgimenti che la tecnologia sta cercando di superare con materiali molto poco deteriorabili dall’uso. Ma il cercare di “aiutare” il nostro orologio a durare di più è sempre una buona cosa.

 

La batteria, questa sconosciuta

Viaggio nel mondo delle batterie per orologio.

La diffusione degli orologi al quarzo ha posto d’attualità per professionisti del settore e appassionati il problema della batteria.

Per la maggior parte degli utilizzatori pare banale, ma in realtà esistono tutta una serie di implicazioni, che sebbene abbastanza logiche, potrebbero creare qualche imbarazzo.

Vediamo allora insieme di entrare nel “mondo” delle batterie per orologio.

Non si chiama “pila”

Innanzitutto va detto che il nome corretto non è “pila” ma “batteria”. Si tratta infatti di una serie di elementi chimici che sono “impilati” a batteria. La differenza naturale di potenziale elettrico tra i componenti, fa in modo che si ottenga una “energia” in grado di essere rilasciata su un carico, in base alla richiesta di quest’ultimo.

In altre parole se necessitiamo di una certa quantità di energia x per accendere un led, la batteria è in grado di fornirla nella misura richiesta. Va da sé che la batteria deve essere idonea ad erogare abbastanza energia da poter garantire un funzionamento adeguato nel tempo.

Le batterie utilizzate in orologeria sono solitamente di due tipi: all’ossido d’argento, con un potenziale nominale di V. 1,55, e agli ioni di litio, che hanno un “voltaggio” pari a 3.

In passato si faceva uso di batterie all’ossido di mercurio, da V. 1,35, successivamente accantonate sia per motivi ecologici che per argomentazioni tecniche.

Gli orologi al quarzo attualmente in commercio dispongono di microcircuiti integrati che hanno necessità di potenzialità specifiche, stabilite appunto in 1,55 v. e 3 v.

Luoghi comuni e fenomeni tecnici

Come ben sappiamo, le batterie dispongono di due poli, uno positivo e l’altro negativo, che devono essere correttamente posizionati nell’alloggiamento del movimento dell’orologio. Contrariamente a quanto si crede in genere, invertire le polarità, almeno sugli orologi di nuova concezione, non costituisce un rischio. Esistono infatti dei sistemi di protezione elettronica, che impediscono alla corrente elettronica di circolare in direzione opposta a quella dovuta.

È invece assolutamente necessario fare in modo che i due poli non vengano messi in contatto tra loro, e neppure con quelli di altre batterie. Nel primo caso si avrebbe il classico corto-circuito che scaricherebbe la batteria in brevissimo tempo. Nel secondo si innescherebbe una circolazione di elettroni che comunque ne accorcerebbe la vita.

In caso di corto circuito il danno sarebbe anche fisico, in quanto la forte richiesta di energia provocherebbe uno sforzo innaturale agli elementi base. Il fenomeno viene descritto allegoricamente coi termini “batteria seduta”.

L’erogazione di energia provoca contemporaneamente un leggero abbassamento del potenziale elettrico. Sotto “carico”, ovvero in azione, la batteria, se misuriamo il “voltaggio” ai suoi poli, risulterà inferiore a quello nominale. Abbassandosi gradatamente con il passare del tempo.

Va aggiunto che al momento in cui la batteria scende sotto una certa soglia, il carico la fa “sedere” immediatamente. Potrebbe quindi verificarsi che misurando la batteria con un semplice tester, questa risulti abbastanza carica, mentre se la misurassimo sotto un carico di funzionamento ci accorgeremmo che è scarica.

Questo è il motivo per cui il tecnico orologiaio misura sempre le batteria sotto un carico fittizio per determinarne lo stato.

Non esiste infatti alcun modo per stabilire quanto la batteria è carica. Come abbiamo detto detto resta efficiente, o quasi, fino all’ultima esalazione di energia.

Una cosa da evitare in modo perentorio è di cercare di ricaricare batterie non ricaricabili. Gli elettroliti di queste batterie sono assolutamente differenti. Identica cosa vale per i cosiddetti “accumulatori” che troviamo negli orologi a celle solari. Sono concezioni molto differenti.

Differenze sostanziali

Essendo prodotti che si avvalgono di elementi chimici, le batterie sono abbastanza complesse. Ne esistono di tipi simili, ma che differiscono tra loro per caratteristiche fondamentali. Una di queste è la capacità di rilasciare l’energia entro un certo range di potenza. Le batterie “high-drain” possono, ovviamente entro certi limiti, erogare alcuni sprazzi di energia un po’ più elevati senza “sedersi”. Caratteristica che le distingue dalle sorelle “low-drain”, meno costose.

Questa differenza è importante soprattutto negli orologi analogici con calendario, sveglia e/o altre funzioni, e negli orologi a LCD con relative funzioni e luce.

Modalità di conservazione

Terminata questa breve e sintetica panoramica tecnica, vediamo ora come conservare la batteria per orologio.

Va subito detto che queste hanno una scadenza dovuta al naturale deterioramento degli elettroliti, ovvero dei componenti chimici che stabiliscono la differenza di potenziale.

Vista la lunga autonomia dei nuovi orologi è sconsigliabile per un utente approvvigionarsi in anticipo delle batterie. Queste indicazioni sono rivolte quindi soprattutto ai manutentori e i riparatori.

Le batterie vanno custodite nel proprio involucro e sigillate, per limitare l’azione di agenti esterni e per evitare che vadano in contatto con altre batterie o oggetti metallici. Il luogo di conservazione deve essere adeguatamente fresco. Il calore è il peggior nemico delle batterie in quanto incide sullo stato degli elettroliti.

Un altro accorgimento è quello di conservare le batterie almeno a 50/60 cm. da terra, per non incorrere in un’attrazione eccessiva degli elettroni.

La sostituzione della batteria va effettuata utilizzando preselle in plastica o bachelite: quelle in metallo sono altamente sconsigliate. Va inoltre posta attenzione a non maneggiarle con le dita: il nostro corpo è conduttore e la batteria si metterebbe in “azione”.

Abbastanza logico l’avvertimento di tenerle lontano dal fuoco e dalla portata dei bambini. La batteria rilascia infatti naturalmente un po’ di energia a cui si aggiunge il decadimento naturale degli elementi chimici. Quest’ultimo fattore è visibile quando osserviamo batterie che sono state lasciate scariche nell’orologio o comunque non ben conservate. Si forma una patina granulosa bianca, lievemente gialla o verde chiara, a seconda dell’elettrolita. In gergo molti orologiai dicono che  “è colato acido”. Occorre porre attenzione a non ingerire questo elettrolita decaduto.

Quando riponiamo l’orologio

Un ultima nota. Se non utilizziamo per lungo tempo il nostro orologio a quarzo, dobbiamo avere l’accortezza di togliere la batteria. E comunque è buona regola, negli orologi analogici, riporre l’orologio con la tiges di messa all’ora estratta, per arrestarlo e influire beneficamente sulla durata della batteria.

 

 

Orologio atomico, come funziona e perché è preciso

Infranta un’altra barriera alla ricerca della precisione assoluta.

Tutti gli addetti ai lavori si sono trovati prima o poi di fronte alla delusione di qualche utente che lamenta come scarsa la precisione di 1’/2′ al mese in un orologio meccanico.

Dopo l’avvento del quarzo si fa fatica a spiegare che alcuni limiti sono pressoché insormontabili. Invalicabili perché soggetti alla Fisica. Il meccanismo è soggetto a variabili dovute alla temperatura, al movimento del polso, all’ambiente stesso in cui si staziona.

Questi limiti sono stati in gran parte superati dal movimento a quarzo, che basandosi principalmente sul principio “solide-state” genera propulsione in ambiente inattaccabile da agenti esterni.

Ma anche il quarzo è soggetto a interazioni. Dobbiamo considerare che la sua frequenza viene influenzata dalla temperatura. La taratura dei quarzi avviene in ambiente stabilizzato a 25° C. E ciò perché la curva termica di risposta della sua reazione ci indica che al di sotto e al di sopra di questa temperatura, il quarzo tende a diminuire la propria frequenza.

La regolazione viene consigliata in circa +0,07 centesimi di secondo al giorno. Perché STATISTICAMENTE questo è lo scarto che compensa la variazione di temperatura in un uso normale. Va da sé quindi che potremo avere risultati diversi da individuo a individuo anche solo in base alla posizione geografica in cui le persone si trovano.

Questo avviene perché alla base della precisione ci sta la base dei tempi. Le frequenze di base utilizzate attualmente per gli orologi da polso sono di 5 Hz. nei migliori meccanici, 32.768 Hz. nei quarzi tradizionali e 262.144 Hz. nei quarzi a oscillazione torsionale (Precision di Bulova). E più l’oscillazione e quindi la base dei tempi è costante, maggiore sarà la precisione.

L’orologio atomico

Per avere la massima accuratezza si ricorre quindi alla scienza delle micro-particelle. È nata da ciò l’idea di affidare l’ora ufficiale mondiale ad un orologio atomico.

Gli scienziati hanno scoperto che vi sono alcuni elementi che sono definiti stabili in relazione all’interscambio di energia tra le particelle sub-atomiche.

Si arrivò a determinare che il Cesio fosse il più appropriato. Attualmente infatti l’ora campione che stabilisce l’orario ufficiale nel nostro pianeta è dettata da un orologio al Cesio.

Ma la ricerca non si ferma. Si è scoperto che lo Stronzio presenta maggiore stabilità.

Come funziona

Il principio di base che genera la frequenza in un orologio atomico è abbastanza complicato. C’è di buono che lo sfruttamento di questa frequenza risulta abbastanza semplice nella sua traduzione in visualizzazione. Una volta in possesso di questa base dei tempi, la finalizzazione non si discosta molto da quella dei comuni orologi. Per cui possiamo leggere tranquillamente l’orario su un display.

Il vero problema, come anticipato è produrre una frequenza il più elevata possibile e stabilissima. Cicli praticamente perfetti.

Sappiamo che nel mondo dell’infinitamente piccolo ci sono costanti scambi di energia tra elementi. Solo in questo modo si garantisce la vita e il movimento ad ogni livello. Gli atomi si scambiano particelle, le legano tra loro, cedono energia continuamente gli uni gli altri. Nella stessa formula dell’acqua, H2O possiamo scorgere il legame di due atomi di idrogeno e uno di ossigeno che si “sposano” incrociando i propri elettroni. Creando un legame forte.

Spesso alcuni atomi cedo un proprio elettrone (che ha carica negativa) ad un atomo col quale si legano, rendendolo così di carica positiva. L’atomo modificato, sia quello che ha perso che quello che ha guadagnato l’elettrone, viene chiamato ione. Ione negativo il primo, ione negativo il secondo.

Allo stesso modo, eliminando un neutrone dal nucleo di un atomo, se ne può modificare la massa, senza interagire sulla carica elettrica, essendo il neutrone a carica neutra. In questo caso si dice che questo atomo è un isotopo della materia originaria.

I ricercatori si erano quindi concentrati su un isotopo del Cesio, ma alcuni loro colleghi, e precisamente un team della University of Colorado (Boulder) coordinato da Jun Yesi, si sono accorti circa due anni fa che in alcuni processi lo Stronzio 38Sr è più costante.

Come l’orologio atomico genera frequenza

La frequenza con cui lo Stronzio 38Sr genera energia è altamente costante. Si tratta infatti di cicli che se non rasentano la perfezione di puntualità poco ci manca. Sfruttando una base dei tempi così affidabile si avvicina praticamente una base che rappresenta quasi lo scorrere ininterrotto del tempo.

Generare le condizioni grazie alle quali si ottiene una cessione di energia del genere è ancora un po’ “ingombrante” e probabilmente dovremo aspettare decenni prima di iniziare a sognare un orologio atomico da polso.

Sta di fatto, però, che il grado di precisione che un orologio atomico 38Sr può garantire è dell’ordine di 1 secondo in 90 miliardi di anni. E ciò grazie ad una frequenza di 1 milione di miliardi di Hz. (10^15 = un biliardo). Una bella differenza rispetto ai 5 Hz. dell’orologio meccanico!

Il “giallo” del primo cronografo: Rieussec o Breguet?

Le dispute sull’attribuzione del merito.

È tuttora motivo di discussione l’attribuzione del merito circa l’invenzione del primo cronografo.

La misurazione del tempo circoscritta ad un determinato periodo, come quello che potrebbe essere una gara o un evento, ha costituito in passato una sfida probante per gli orologiai. Ancora ai nostri giorni non si è in grado di attribuire l’invenzione ad uno specifico personaggio.

Affrontando l’argomento va anticipato intanto che i termini con i quali si definiscono gli attuali “cronografi” sono piuttosto ambigui e certamente errati.

Il termine “cronometro” con il quale i non addetti ai lavori definiscono comunemente un segnatempo che può essere avviato e stoppato a richiesta è assolutamente scorretto. Il “cronometro”, ovvero “misuratore di tempo” è un qualsiasi orologio, meccanico, elettronico, elettrico oppure ad acqua o di qualsiasi altro genere.

Altra cosa è il “cronografo” il cui significato è “marcatore di tempo. In realtà questa definizione calzerebbe esclusivamente solo per alcuni misuratori. E precisamente per quelli che in qualche modo “segnano” il risultato della rilevazione su carta oppure o su altro supporto atto a ospitare una “grafica”.

Ne deriva, che seppure aulico e forse dal sapore anacronistico il termine corretto da adottare sarebbe “cronoscopio”, definendo in questo modo uno strumento in grado di visualizzare il tempo misurato su richiesta.

L’invenzione del “cronografo”

Torniamo però ora al problema dell’invenzione di quello che attenendoci alle moderne nomenclature continueremo a definire “cronografo”.

Nel 1821 il genio di Abraham-Louis Breguet (1747-1823) partorì il “cronografo d’osservazione con doppia lancetta dei secondi”. Si tratta in effetti del primo tentativo di determinazione della misura di un tempo parziale. Il prototipo però non si adattava facilmente, per esempio, all’uso sportivo, oppure a tutte quelle circostanze in cui il tempo rilevato potesse essere verificato ulteriormente.

Nel corso dello stesso anno Nicolas Matthieu Rieussec (1781-1866), orologiaio alla corte di Francia, costruì e brevettò l’anno successivo un apparato in grado di rilevare e marcare il risultato su un quadrante in smalto bianco.

Si trattava di una “scatola” che mostrava in superficie due dischi numerati e un “pennino”. All’interno vi era un piccolo serbatoio di inchiostro che permetteva di lasciar traccia della rilevazione.

Il cronografo (in questo caso opportunamente definito) di Rieussec fece la sua prima apparizione allo Champ de Mars di Parigi in occasione di una corsa di cavalli.

Il “marchingegno” venne approvato dall’Académie Royale des Sciences.

Attualmente il nome di Nicolas Rieussec è riapparso su un modello di Montblanc elaborato nei laboratori Minerva di proprietà della maison, che riproduce l’estetica e la filosofia di funzionamento del prototipo dell’inventore.

Quando l’àncora non c’era…

Lo scappamento, croce e delizia.

Anche se non il più appariscente, lo scappamento è forse il meccanismo più delicato insieme al bilanciere. Non tanto dal punto di vista della robustezza, quanto sotto l’aspetto dell’accuratezza necessaria affinché sia efficace. Ma un primato lo scappamento lo detiene: è sicuramente la parte più esposta all’usura.

L’importante compito di trasformare il movimento rotatorio del ruotismo, in oscillatorio, è stato il primo problema che gli orologiai, ancora inglobati nella corporazione dei fabbri, hanno dovuto affrontare. E probabilmente anche prima, nei tentativi di creare i primi misuratori del Tempo.

Le prime notizie storiche sullo scappamento si rinvengono tra gli scritti di Filone Alessandrino, il quale nel III secolo a.C. nel suo trattato Pneumatica lo cita espressamente. Ma certamente l’invenzione fu addirittura antecedente a questo periodo. Filone infatti cita lo scappamento, ma per procedere alla descrizione ne indica ad esempio gli orologi ad acqua, che già lo possedevano.

In senso strettamente meccanico, per avere un’attinenza col meccanismo che conosciamo oggi, dobbiamo attendere fino al XIII secolo.

Scappamento a verga

Fu nel 1275 che appare il primo scappamento a verga. Si tratta, come sappiamo dell’incidenza di una ruota, chiamata “caterina” sulle palette di un perno verticale culminante in un volano. Fu in pratica la scoperta che apri definitivamente la via alla diffusione dell’Orologeria meccanica.

Àncora di Hooke

Fu nella seconda parte del XVII secolo che Robert Hooke, noto per la legge di Fisica che porta il suo nome, ideò l’àncora. Si accorse che sostituendo alle verghe un componente piatto in grado di spostarsi alternativamente a destra e a sinistra dietro la propulsione di una ruota, avrebbe ottenuto l’oscillazione voluta.

Il sistema, però, si dimostrò immaturo per essere adottato. Occorre ricordare che fu in quel periodo che si stavano perpetrando i maggiori sforzi per ottenere un orologio portatile affidabile. Lo scappamento ad àncora, come era allora concepito, necessitava di una forza notevole in propulsione. E se per gli orologi a pendolo, con un peso costante, la soluzione si rivelò ottimale, per gli orologi da tasca si registrarono notevoli problemi di isocronismo.

Scappamento a riposoQuando l'àncora non c'era...

Un piccolo passo avanti fu fatto con la creazione dello scappamento a riposo. Quest’ultimo comprendeva anche l’utilizzo di un’àncora, ma per facilitare il regolare scorrimento fu cambiato l’orientamento dei denti della ruota di scappamento.

Scappamento a cilindro

Per gli orologi da tasca si diffuse invece lo scappamento a cilindro. La ruota di scappamento ingranava direttamente sull’asse del bilanciere attraverso un “dito” che svolgeva le funzioni della paletta nei meccanismi a verga.

Scappamento a “caviglie”

All’adozione definitiva del sistema ad àncora anche per gli orologi da tasca si arrivò con lo scappamento a “caviglie”. In questo caso furono adottati dei cilindretti che erano montati sull’àncora posta in posizione laterale rispetto alla ruota di scappamento.

La soluzione definitiva

Fu solo il preludio all’adozione della tecnica definitiva. Con la diffusione dei primi rubini sintetici, che erano stati scoperti già nel ‘600, si ritornò al progetto originario di Hooke, opponendo alla ruota di scappamento un’àncora provvista di due bracci modellati in rubino.

Questo sistema fu soltanto in parte migliorato da accorgimenti tecnici sofisticati come il tourbillon, il coassiale o il Grasshopper per i pendoli, ma resta la soluzione ancora oggi applicata con successo.