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14 Gennaio 2023
7:30

Come funziona un orologio meccanico?

Un orologio meccanico è in grado di far muovere le lancette del quadrante senza l'utilizzo di corrente. Ma come fa?

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Come funziona un orologio meccanico?
come funzionano orologi meccanici

Sebbene sostituiti in parte dagli attuali smartwatch e dagli orologi al quarzo, gli orologi meccanici rappresentano uno dei primi strumenti "portatili" per misurare lo scorrere del tempo. Il funzionamento di un orologio meccanico si basa su semplici concetti di fisica. Tuttavia, questo richiede una fase di costruzione e montaggio di precisione estrema, basata sull'utilizzo di svariate componenti che, interagendo tra loro, permettono di visualizzare il movimento delle lancette e dunque la misura del tempo. Vi siete mai chiesti come si facciano a muovere le lancette senza che ci sia alcuna batteria o fonte di energia (almeno apparentemente) a consentire questo movimento? Ecco, in questo articolo curiosiamo sul mondo della meccanica degli orologi, cercando di chiarire il loro funzionamento e le componenti basilari che lo consentono.

La differenza tra orologi meccanici e al quarzo

Prima di immergerci nei dettagli degli orologi meccanici, può essere utile classificare le tipologie ad oggi esistenti in ragione delle loro differenze di funzionamento. Infatti, possiamo principalmente riconoscere due famiglie di orologi:

  • Meccanici: sono tutti quegli orologi che non necessitano di alcuna componente elettrica per il loro funzionamento. Si dividono a loro volta in manuali e automatici, in relazione a quale sia il meccanismo di funzionamento di ricarica (vedremo nel dettaglio più avanti);
  • Al quarzo: sono tutti quegli orologi dotati di un circuito elettrico interno che permette il funzionamento del sistema, sfruttando le proprietà piezoelettriche del quarzo. Quasi sempre, questo circuito elettrico è alimentato poi da una batteria.

In realtà, potremmo parlare oggi anche di una terza famiglia, che è quella degli smartwatch: dispositivi elettronici "intelligenti" che permettono di integrare digitalmente funzioni e applicazioni di altri dispositivi al nostro polso, dandoci contemporaneamente informazioni riguardo l'ora. In questo caso, la misura del tempo è del tutto elettronica, così come avviene nello stesso smartphone o in un normale PC. Diciamo che l'orologio diventa in questo caso quasi una funzione secondaria!

Gli orologi al quarzo sono di più recente invenzione, cercano di sopperire alle problematiche di precisione che si riscontrano solitamente con gli orologi con movimento meccanico. Questi ultimi, invece, sono diventati oggetti di collezione dal valore economico elevatissimo, in alcuni casi inestimabile. In altri casi, sono delle vere e proprie opere d'arte. Ma come funzionano?

Il concetto fisico di funzionamento

Nonostante esistano differenti fenomeni che caratterizzano il movimento delle lancette di un orologio meccanico, ci soffermeremo qui sul suo funzionamento basilare, senza entrare in troppi tecnicismi. Dal punto di vista fisico, l'innesco del movimento delle lancette avviene mediante la trasformazione di un quantitativo di energia elastica immagazzinata all'interno dell'orologio in energia cinetica. Questa trasformazione avviene mediante due precise modalità:

  • Viene anzitutto dosata, ovvero non si ha una trasformazione immediata di tutta l'energia accumulata, ma solo di una piccola frazione di questa contestualmente allo scorrere del tempo;
  • Viene successivamente distribuita ad elementi costruttivi interni, sostanzialmente ruote dentate, che permettono di arrivare fino alla rotazione delle lancette intorno al loro asse principale con una predeterminata scadenza temporale, che sono per l'appunto le ore, i minuti e i secondi.

L'energia elastica immagazzinata dentro l'orologio è in realtà tutta contenuta all'interno di una molla a spirale, cioè una sottile lamina di metallo avvolta su se stessa. Nella posizione di riposo, la molla ha un suo ingombro che può essere misurato semplicemente guardando il diametro del cerchio che la racchiude. Quando viene "caricata", la molla si deforma avvolgendosi ancora di più su se stessa e diminuendo quindi il diametro di ingombro. In questa nuova posizione, la molla ha accumulato una quantità di energia che è pronta a rilasciare non appena la causa di avvolgimento imposta viene rimossa.

molla a spirale orologio meccanico
Molla a spirale di un orologio meccanico.

Cosa succede quindi nell'orologio? Esternamente, l'operatore gira una ghiera (la corona) e avvolge la molla su se stessa, facendo accumulare energia elastica. Internamente, una serie di meccanismi di precisioni permettono il rilascio frazionato di questa energia in modo tale da far muovere le lancette ogni secondo, minuto e ora, permettendo la misura del tempo tramite la lettura del quadrante.

Le componenti principali del meccanismo

componenti orologio meccanico

Quali altri componenti sono essenziali per il funzionamento dell'orologio?

Chiariamo che già tutto il sistema associato alla trasmissione di energia dall'esterno ha una serie di componenti fondamentali che costituiscono il meccanismo di avvolgimento: la corona, ad esempio, è una di queste componenti. Una seconda componente è il bariletto, ovvero un cilindro dentato su cui è collegata la molla. Il bariletto trasferisce l'energia della molla alle componenti successive, mediante una sua rotazione.

Come secondo insieme di componenti, il ruotismo (o treno di ingranaggi) rappresenta l'insieme delle tre ruote dentate (di differenti dimensioni) associate al movimento delle lancette secondo una precisa costruzione e collegamento alla molla di ricarica. Curioso che ogni asse di queste ruote dentate sia avvolto da un gioiello (anche rubini o zaffiri in alcuni casi), per permettere una forte riduzione degli attriti interni durante la rotazione. In caso contrario, si avrebbe un consumo non controllato di parte dell'energia trasferita dal meccanismo di avvolgimento per via di questi attriti. Una di queste ruote dentate è decentrata e ad essa è associata la lancetta dei secondi. Alla ruota principale, invece, sono associate le lancette delle ore e dei minuti. Questa ruota è sempre centrata con il quadrante dell'orologio.

ingranaggi orologio gemme

Il meccanismo di scappamento rappresenta invece l'insieme delle componenti che fraziona l'energia in ingresso, dosandone il consumo a seconda delle necessità. Da questa parte delle componenti deriva il suono di ticchettio classico degli orologi meccanici. Questo sotto-sistema è formato da tre elementi principali, chiamati bilanciere, ancora e ruota di scappamento. Il bilanciere è l'ultimo elemento di tutto il meccanismo. L'ancora si collega alla ruota di scappamento e al bilanciere e permette il dosaggio dell'energia. La ruota di scappamento "frena" dunque il treno di ingranaggi.

Infine, il quadrante indicatore converte visivamente i movimenti delle lancette nella misura del tempo secondo le ore, i minuti e i secondi. Il tutto è contenuto dentro la cassa, che rappresenta l'elemento protettivo di tutto il sistema. Negli orologi meccanici automatici, una componente aggiuntiva è data dal rotore, ovvero una massa rotante (solitamente un semicerchio, come nella figura in basso) che permette la ricarica della molla sfruttando la gravità e i movimenti del polso nell'utilizzo quotidiano.

rotore orologio meccanico

Durata, usura e precisione

La durata di funzionamento del sistema dipende da quanto è grande e quanto viene caricata la molla. Solitamente, per orologi meccanici manuali si parla di 1-2 giorni di funzionamento senza ricarica.

Nel tempo, ovviamente il sistema va incontro ad usura e necessita di manutenzione, in quanto polveri e urti possono compromettere il funzionamento del meccanismo. La lubrificazione degli ingranaggi rappresenta un esempio di manutenzione ordinaria. Nonostante il suo ineccepibile fascino, il sistema di ingranaggi è estremamente dipendente anche da svariati fattori ambientali che ne influenzano il funzionamento. Per tale ragione, un orologio con movimento meccanico può manifestare anticipi/ritardi nel tempo misurato, anche variabili di giorno in giorno. Per questo motivo, un orologio meccanico non può essere utilizzato per svolgere misure temporali di precisione.

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