Mecanismul (II)

După o lungă absenţă, voi continua trilogia mecanismului cu partea a doua. În această parte voi vorbi exclusiv despre organul regulator. Scopul lui este de asigura că ceasul arată ora bună. De el depinde calitatea, precizia si, nu il ultimul rând, preţul ceasului.

Problema preciziei ceasurilor apare cu mult înainte de apariţia ceasurilor de mână sau de buzunar. Primii care au avut nevoie de un ceas portabil au fost marinarii. Pentru determinirea coordonatelor pe mare a navei, în special a longitudinii, era nevoie de o cunoaştere foarte bună a orei. Determinarea se făcea prin cunoaşterea foarte precisă a orei locale la care soarele era la zenit. Diferenţa dintre două locaţii facea posibilă determinarea longitudinii.

În secolul XVIII cele mai precise ceasuri erau pendulele. Dar, deoarece ele se bazau pe un pendul aveau nevoie de o bază stabilă pentru a funcţiona. Bineînţeles, acest lucru le făcea inutile pentru o navă pe mare. În 1716 John Harrison, tâmplar din Yorkshire, trimite pentru Premiul Longitudinii (premiu oferit de guvernul britanic pentru creearea unei metode practice si simple de determinare a longitudinii) modelul H4. Acest model are la bază un mecanism bazat pe o greutate oscilantă controlată de un arc spiralat. Designul s-a dovedit atât de eficient, încât stă la baza ceasurilor mecanice actuale şi a fost folosit la cronometrele marine până în secolul XX când au fost înlocuite cu ceasuri electronice cu cuarţ. Cronometrele marine sunt şi până în ziua de astăzi cele mai precise ceasuri mecanice construite vreodată, cu o precizie de o zecime de secundă pe zi.

Cronometru marin Harrison H4

Astăzi, la ceasurile de mână, este folosit mecanismul inventat de Harrison. Constă dintr-un arc fir-de-păr (numărul 1 în figura de mai jos). Pentru a evita eventualele erori datorate temperaturii, este construit dintr-un aliaj special numit Elinvar a cărui modul de elasticitate variază foarte puţin cu temperatura. Elivar a fost inventat de Charles Édouard Guillaume prin 1920, invenţie pentru care a primit premiul Nobel.  Arcul este legat de o masă oscilantă circulară (numărul 2). Şuruburile mici de pe circumferinţa roţii permit echilibrarea perfectă. Mecanismele de foarte mare calitate folosesc mase oscilante cu compesare termică, pentru a elimina eventualele erori datorate dilatării masei oscilante şi variaţiile (foarte mici) ale arcului fir-de-păr.

Organul regulator

Legătura cu restul mecanismului se face prin intermediul furcii regulatoare (numărul 1 în figura de mai jos). Datorită scopului îndeplinit, furca intră în contact cu balansierul (masa oscilantă) foarte rar. Mai precis, doar la mijlocul cursei, când arcul este detensionat şi apar interferenţele minime. Atunci au loc 3 acţiuni:

1. Masa oscilantă deblochează roata regulatorului, permiţând “avansarea” indicaţiilor;
2. Se transmite o mică cantitate de energie balansierului;
3. Furca regulatorului blochează mecanismul, pentru încă o jumătate de periodă (o “vibraţie”), şi procesul de repetă.

Furca regulatoare + roata regulatorului

Durate unei vibraţii este foarte precis determinată (este vorba de fapt despre un oscilator armonic al cărui legi pot fi uşor determinate), izocrona, ceea ce face din mecanismul regulator inima ceasului. Balansierul este ceea ce măsoară timpul într-un ceas. De asemenea, blocarea şi deblocarea succesivă a roţii succesive dă ceasului sunetul specific de “tic-tac”.

Bineînţeles acest mecanism nu este perfect. Datorită modului de funcţionare şi a designului pot apărea o serie de erori. Cele mai comune sunt datorate şocurilor. Acestea interferează cu mişcarea naturală a balansierului şi pot lungi sau scurta perioada acestuia. Din fericire efectele durează doar o vibraţie. Rezolvarea acestei probleme a fost mărirea frecvenţei balansierului, creşterea numărului de oscilaţii (vibraţii) şi scăderea periodei. Dacă la începutul secolului XX un ceas făcea 19800 de vibraţii pe oră, astăzi un mecanism de calitate ajunge la 28000, ceea ce măreşte considerabil precizia ceasurilor. Au fost şi ceasuri cu frecvenţă mai mare, unele modele ajungând la 36000 dar consumul de putere era prea mare.

O altă problemă, mai puţin intuitivă este dată arcul fir-de-păr. Datorită formei sale, când se destinde, nu o face într-un mod simetric. Această nesimetrie mută centrul de greutate spre una din extremităţi şi astfel ceasul devine vulnerabil la erori de poziţie.  Abraham Louis Breguet a sugerat o soluţie prin folosirea “spiralei breguet”, care obligă arcul să se destindă relativ uniform. Soluţia este foarte eficientă şi regăsită într-o gamă foarte largă de ceasuri.

Dar, pentru cei care doreau precizie absolută, nici această soluţie nu a fost satisfăcătoare. Astfel, a fost necesară o uşoară regândire a întreg mecanismului şi astfel a aparul tourbillon-ul. Este un mecanism regulator obişnuit, dar pus într-o cuşcă, care face o rotaţie odată la 60 de secunde. Astfel, eventualele erori de poziţie se anulează. Tourbillon-ul este una dintre cele mai apreciate si dificile complicaţii, fiind stăpânită doar câteva companii. Tourbillon-ul este un mecanism foarte complicat, şi va primi un post separat.

Tourbillon

Cu acesta închei scurta discuţie despre mecanismul regulator. Datorită scopului fundamental pe care îl îndeplineşte, există foarte multe invenţii şi variaţii pe marginea mecanismului prezentat aici. Dar pentru a le prezenta pe toate este nevoie de o întreagă enciclopedie.

În scurt timp (cu puţin de noroc înainte de sfârşitul anului) voi posta si ultima parte a acestui articol lung, mecanismul de sub cadran cum este denumit şi care are ca scop coordonarea indicaţiilor unui ceas.