Do que todo relógio precisa

Um relógio não mede o tempo da mesma forma que uma régua mede o comprimento. Não há nada para comparar com "um segundo". O que um relógio realmente faz é contar algo que se repete em um ritmo constante e mostrar essa contagem.

Esse "algo que se repete" pode ser um peso balançando, uma roda girando, um cristal vibrando ou um átomo vibrando. Seja o que for, todo relógio, antigo ou moderno, é construído com as mesmas quatro partes:

• Um oscilador: a coisa que se repete. Ele faz o mesmo movimento várias vezes, e é a parte que define o ritmo.
• Um contador: algo que soma as repetições (engrenagens com dentes ou circuitos eletrônicos).
• Uma fonte de potência: um peso que cai, uma mola enrolada ou uma bateria, porque todo oscilador real perde um pouco de energia a cada balanço e pararia sem ser recarregado.
• Um mostrador: ponteiros em um mostrador ou números em uma tela, transformando a contagem em horas, minutos e segundos.

O tamanho de uma repetição é o período, representado por T e medido em segundos. Quantas repetições acontecem a cada segundo é a frequência, representada por f e medida em hertz (Hz). São duas formas de dizer a mesma coisa:

f = 1 / T e T = 1 / f

Um balanço que leva 0,5 s tem uma frequência de 1 / 0,5 = 2 Hz: dois balanços por segundo. Um balanço lento de 2 s tem uma frequência de 0,5 Hz. Lembre-se destes dois números: um pêndulo com período de 2 s é o famoso "pêndulo dos segundos", porque marca uma vez a cada segundo (uma vez ao ir e outra ao voltar).

A história dos relógios é, em grande parte, a história de osciladores melhores. Esta é a família que você vai conhecer neste curso:

Uma frequência mais alta, sozinha, não torna um relógio melhor, mas dá a você divisões de tempo mais precisas para contar, e os melhores osciladores também são muito bons em manter o próprio ritmo.

Uma palavra para essa última qualidade: Q, o fator de qualidade. Um oscilador de Q alto continua vibrando por muito tempo antes de parar, como um sino de boa qualidade em comparação com um som abafado. Ele perde pouquíssima energia a cada oscilação, então pequenos impulsos e pequenas perturbações alteram muito pouco o seu ritmo. Passar de um pêndulo para uma roda de equilíbrio, depois para o quartzo e, por fim, para os átomos significa, em grande parte, passar para valores de Q cada vez maiores. Você ainda não vai calcular Q; apenas guarde a imagem de um sino que continua tocando sem parar.

Um oscilador também é o que diferencia um relógio de um relógio de Sol. Um relógio de Sol mostra as horas usando o movimento do Sol, então funciona apenas durante o dia e com céu limpo, e mostra a hora solar, que difere um pouco da "hora do relógio" (o laboratório Sol, Terra e Lua explica por quê). Um pêndulo ou um cristal continua funcionando à noite, em uma caverna, em um navio ou na Lua. Essa independência do clima e do céu foi o que tornou os relógios mecânicos tão úteis.