Os instrumentos mecânicos utilizados para marcar o tempo surgiram por volta do século 12. Eram bens simples, sem mostrador, e utilizavam sinos para marcar momentos importantes do dia, quase sempre relacionados com eventos religiosos.

Mais tarde, grandes relógios de torreão, com mostrador e um único ponteiro, foram instalados em lugares bem visíveis. Esses modelos, mais complexos, atrasavam ou adiantavam cerca de um quarto de hora por dia.

A revolução na marcação do tempo foi dada com a invenção do relógio de pêndulo, cujo princípio foi concebido por Galileu Galilei. O físico holandês Christian Huygens aperfeiçoou e materializou a ideia em 1656.

O relógio de pêndulo atrasava cerca de 15 segundos por dia, ou um minuto a cada quatro dias, o que representava um enorme avanço em relação aos relógios mecânicos da época e permitiu o surgimento do ponteiro dos minutos, idealizado por Huygens.

Abaixo, um esboço inicial de Christian Huygens sobre o movimento pendular e um gráfico sobre este estudo , em “Da força centrífuga” (De vi centrifuga, em “Ouevres Complétes, Vol. XVI)

A Inspiração

Ao observar a forma como os candelabros da Catedral de Pisa oscilavam, Galileu Galilei surpreendeu-se com o fato de os mesmos oscilarem num mesmo período de tempo, ainda que as amplitudes de oscilação fossem diferentes.

O evento cíclico que serve de base para a marcação do tempo é proveniente do movimento do pêndulo inserido no relógio.

Um pêndulo simples é um sistema mecânico que consiste de um objeto maciço, acoplado à extremidade de uma haste muito mais leve do que o objeto. Quando afastado de sua posição de equilíbrio e liberado, o pêndulo oscilará em um plano vertical sob a ação da gravidade. O tempo gasto pelo pêndulo para realizar uma oscilação completa é chamado “período do movimento”. Este movimento comandará o movimento das engrenagens que constituem o relógio.

Para pequenas oscilações o período do movimento do pêndulo é influenciado apenas pela gravidade local e o comprimento do pêndulo.

Considerando a gravidade como constante, quanto maior o comprimento do pêndulo, maior será o tempo necessário para o conjunto executar uma oscilação completa.

Os relógios de pêndulo são construídos tendo como base o comprimento do pêndulo associado ao seu conjunto de engrenagem.

A palavra relógio é uma simplificação do original “horológio”, instrumento para marcar as horas— que por sua vez têm origem na mitologia grega.

As Horas são deusas, filhas de Zeus e da titâ nide Themis. Elas presidiam tanto a ordem moral - a Disciplina, a Paz e a Justiça - como a ordem da natureza: as estações do ano. É justamente do grego “hôrai” que deriva o moderno “hora”.

A palavra grega designava apenas “espaços de tempo” referentes às estações do ano. Posteriomente, com a subdivisão do tempo, a palavra ganhou outros significados. Hoje uma hora corresponde a 60 minutos.

Energia

Um relógio de pêndulo não funciona indefinidamente. Sem energia, ele oscila por um certo tempo, até parar por causa do atrito entre as engrenagens e eixos que o compõem. Assim, é necessário fornecer energia constantemente para um relógio de pêndulo, se quisermos que ele trabalhe de forma autônoma por um longo tempo. Mas como isso é feito?

O “peso” do relógio de pêndulo armazena e fornece energia para seu funcionamento. Quando o peso é elevado, é fornecida energia potencial gravitacional a ele.

À medida que o “peso” desce, a energia potencial gravitacional armazenada é transformada em energia cinética nas engrenagens do relógio.

Sistema de escape

Esse sistema é formado por duas peças: a roda de escape (ligada ao “peso” e às engrenagem do relógio) e a âncora, que é ligada ao pêndulo. Tal conjunto é responsável por transmitir o período de oscilação do pêndulo para as engrenagens do relógio.

A âncora trabalha liberando e travando a movimentação da roda de escape, de forma que esta adquire a mesma marcha produzida pelo movimento do pêndulo.

A roda de escape entra em movimento em função da descida do “peso” a que está ligada.

É devido ao contato da âncora com a roda de escape que os relógios de pêndulo fazem o famoso “tic-tac”.

O que faz os ponteiros de um relógio se movimentarem?

O movimento adquirido pela roda de escape do relógio é transmitido ao sistema de engrenagens, que começam a rodar. Estas, por sua vez, estão ligadas aos ponteiros e os fazem girar.
Para que o processo aconteça, podem ser utilizadas duas formas de arranjos de transmissão.

Velocidade angular

Com certeza você já viu ou andou em um carrossel. Nesse brinquedo, diversos cavalinhos, carrinhos, aviões ou outros objetos que servem de assento giram ao redor de um eixo vertical.
No movimento circular do carrossel todas as crianças têm a mesma velocidade angular, independente do assento que estiverem ocupando. Elas percorrem o mesmo ângulo em intervalos de tempos iguais. Mas as distâncias percorridas não são as mesmas. No mesmo intervalo de tempo, as crianças mais próximas ao eixo de rotação percorrerão distâncias menores do que aquelas sentadas em posições mais afastadas do eixo central. Por isso, a velocidade linear será maior quanto maior a distância ao eixo de rotação.