La misura del tempo Lezioni d'autore di Claudio Cigognetti
Orologi antichi (Video Rai) VIDEO nr.1
L'orologio meccanico VIDEO nr.2
Schema di un orologio meccanico a molla (con carica a mano), a bilanciere: ruotando la corona zigrinata a si pone in rotazione, tramite le ruote b e c, l'albero cui è fissato un estremo della molla a spirale d.
La molla a spirale d non può svolgersi durante l'operazione grazie all'arpione f; il motore a molla, cosi caricato, aziona la ruota principale g, che a sua volta mette in movimento la ruota centrale h (ruota dei minuti) e quindi la lancetta i; il moto e trasmesso anche, tramite rotismi di demoltiplica, alla ruota delle ore (non rappresentata), cui e collegata la lancetta l, e, mediante la ruota intermedia m, alla ruota dei secondi n e alla lancetta o.
Le velocità di rotazione delle diverse parti del rotismo sono regolate dal sistema di scappamento, costituito dal bilanciere (a sua volta formato dal volano p, e dalla molla a spirale q, che lo obbliga a un moto rotatorio alternato di frequenza opportuna), dall'ancora r (fatta oscillare dal bilanciere) e dalla ruota di scappamento s.
La meridiana di Santa Maria degli Angeli, a Roma (I) VIDEO nr.3
La meridiana di Santa Maria degli Angeli, a Roma (II) Agli inizi del 1700 e negli anni immediatamente successivi all interno di alcune chiese cattoliche vennero realizzate delle meridiane per la determinazione dell equinozio di primavera. Un evento astronomico essenziale per il calcolo della data di Pasqua e per il controllo della riforma del calendario imposta nel 1582 da papa Gregorio XIII. La determinazione della Pasqua è basata su eventi astronomici: a partire dall equinozio di primavera si osserva il cielo notturno per individuare la prima notte di Luna piena. La Domenica successiva al plenilunio si festeggia ancora oggi la Pasqua.
La meridiana di Santa Maria degli Angeli, a Roma (III) La meridiana è costituita da una striscia metallica lunga circa 44 metri inserita nel pavimento di marmo della chiesa, disposta nella direzione sud nord. Essa rappresenta la trasformazione del moto circolare apparente del Sole in un moto lineare di oscillazione tra i due solstizi (Cancro e Capricorno). I segni dello Zodiaco sono riportati in riquadri esterni alla linea meridiana come schematizzato in figura.
La meridiana di Santa Maria degli Angeli, a Roma (IV) I raggi solari entrano da un piccolo foro praticato nella parete sud della basilica all altezza di circa 20 metri. Alle 12 locali, quando il Sole raggiunge il punto più alto della sua traiettoria, la luce forma un ellisse il cui asse si sovrappone alla linea della meridiana. In questo modo la meridiana funziona da orologio solare fissando solo il mezzogiorno locale. La linea delle 12 viene percorsa dalla luce solare nel corso dell anno con angoli, rispetto alla verticale, via via crescenti, con un minimo nel solstizio d estate (segno del Cancro) e un massimo nel solstizio d inverno (Capricorno).
La meridiana di Santa Maria degli Angeli, a Roma (V) Il triangolo, rappresentato nella figura, delimitato dai solstizi e dal foro gnomonico, ha l angolo opposto al lato della meridiana pari a 47 e la bisettrice dell angolo si ottiene tracciando i raggi solari corrispondenti agli equinozi.
Nella figura accanto, tratta dall opera di Huyghens del 1673 Horologium oscillatorium, sono rappresentati nell ordine gli ingranaggi di un orologio meccanico a pendolo, le ganasce cicloidali che obbligano il filo, a cui è appeso il pendolo composto, a seguire l arco di cicloide e l insieme di un orologio a pendolo.
Trailer del film Longitude, storia degli orologi marini di John Harrison VIDEO nr.4
Nel 1700 l orologio a pendolo è utilizzato con opportune varianti anche in viaggio oceanici, ma diviene ben presto chiaro che le accelerazioni subite dalle navi, le variazioni repentine di temperature, la salsedine, le differenze di g alle diverse latitudini, impediscono di arrivare alle stesse precisioni delle misure effettuate sulla terraferma. Il premio offerto dal Parlamento inglese nel 1714 per la soluzione del problema della longitudine (20.000 sterline per chi avesse elaborato un sistema per calcolare la longitudine in mare con un approssimazione di mezzo grado) implicava, se affrontato con il metodo del confronto tra l ora solare e l ora meccanica del porto di partenza, una precisione che nessun orologio possedeva.
Epilogo La frequenza degli oscillatori per regolare gli orologi è andata via via crescendo: 1 Hz nei primi orologi a pendolo, da 2,5 ai 5 Hz nelle molle a spirale, da 300 a 500 Hz dei diapason, dagli 8 ai 45 khz dei cristalli di quarzo, fino a raggiungere i 9.192.631.770 Hz delle microonde degli atomi di Cesio. L accuratezza è così passata da una decina di secondi nell arco delle ventiquattro ore dei primi orologi a pendolo del Seicento a 1 secondo su alcune decine di milioni di anni negli attuali orologi atomici a fontana di Cesio, utilizzati negli Istituti nazionali di metrologia, senza contare i più recenti orologi atomici a luce laser (radiazione ottica) che garantiscono prestazioni ancora più accurate. Il periodo della rotazione terrestre con un errore, non prevedibile, di circa 1 secondo in due anni è al confronto un regolatore assai poco affidabile. Eppure anche alla fine del giugno 2015 viene introdotto un secondo intercalare correggendo gli orologi atomici per salvaguardare quel riferimento che ha posto la linea passante per Greenwich come meridiano di riferimento. VIDEO nr.4 (in inglese)
FINE