Di cosa ha bisogno ogni orologio

Un orologio non misura il tempo come un righello misura la lunghezza. Non c'è nulla da confrontare con "un secondo". Quello che fa davvero un orologio è contare qualcosa che si ripete a un ritmo stazionario e mostrarti il conteggio.

Quel "qualcosa che si ripete" può essere un peso oscillante, una ruota rotante, un cristallo vibrante o un atomo vibrante. Qualunque cosa sia, ogni orologio, antico o moderno, è costruito con le stesse quattro parti:

• Un oscillatore: ciò che si ripete. Compie lo stesso movimento ancora e ancora ed è la parte che stabilisce il ritmo.
• Un contatore: qualcosa che somma le ripetizioni (ingranaggi dentati o circuiti elettronici).
• Una fonte di energia: un peso che cade, una molla carica o una batteria, perché ogni oscillatore reale perde un po' di energia ogni volta che oscilla e si fermerebbe senza una nuova ricarica.
• Un display: lancette su un quadrante o cifre su uno schermo, che trasformano il conteggio in ore, minuti e secondi.

La durata di una ripetizione è il periodo, indicato con T, e si misura in secondi. Quante ripetizioni avvengono ogni secondo è la frequenza, indicata con f, e si misura in hertz (Hz). Sono due modi per dire la stessa cosa:

f = 1 / T e T = 1 / f

Un'oscillazione che dura 0,5 s ha una frequenza di 1 / 0,5 = 2 Hz: due oscillazioni ogni secondo. Una lenta oscillazione di 2 s ha una frequenza di 0,5 Hz. Ricorda questi due numeri: un pendolo con un periodo di 2 s è il famoso "pendolo dei secondi", perché oscilla una volta ogni secondo (una volta all'andata e una al ritorno).

La storia degli orologi è soprattutto la storia di oscillatori sempre migliori. Ecco la famiglia che incontrerai in questo corso:

Una frequenza più alta, da sola, non rende un orologio migliore, ma ti offre intervalli di tempo più piccoli da contare, e i migliori oscillatori sono anche molto bravi a mantenere il proprio ritmo.

Una parola per indicare quest'ultima qualità: Q, il fattore di qualità. Un oscillatore con Q elevato continua a suonare a lungo prima di smorzarsi, come una buona campana rispetto a un sordo tonfo. Perde pochissima energia a ogni oscillazione, quindi piccole spinte e piccoli disturbi cambiano pochissimo il suo ritmo. Passare da un pendolo a un bilanciere, poi al quarzo e infine agli atomi significa, per lo più, passare a valori di Q sempre più elevati. Non calcolerai ancora Q; tieni solo a mente l'immagine di una campana che continua a suonare senza fermarsi.

Un oscillatore è anche ciò che distingue un orologio da una meridiana. Una meridiana indica l'ora usando il movimento del Sole, quindi funziona solo con la luce del giorno e il cielo sereno, e mostra l'ora solare, che differisce un po' dall'«ora dell'orologio» (il laboratorio Sole, Terra e Luna spiega perché). Un pendolo o un cristallo continua a funzionare di notte, in una grotta, su una nave o sulla Luna. Questa indipendenza dal tempo atmosferico e dal cielo è ciò che ha reso così utili gli orologi meccanici.