PRESENTAZIONE

I primi rudimentali tentativi di misurare il tempo si basarono sull'alternanza tra periodi di luce e di buio. Non è possibile stabilire con precisione quando l'uomo abbia cominciato a suddividere i due periodi in intervalli di tempo ben definiti, ma sicuramente le prime suddivisioni riguardano il periodo diurno. Il primo misuratore del tempo giornaliero fu probabilmente la meridiana egizia del 1450 a.C., che assunse poi, nel corso dei secoli, svariatissime forme. Dai tempi remoti le meridiane furono dotate di diverse scale da usarsi nei diversi periodi dell'anno. L'orologio ad acqua, o clessidra, è della stessa epoca: con esso lo scorrere del tempo è misurato dal passaggio dell'acqua attraverso un foro da un recipiente ad un altro ad esso collegato. Analoga e contemporanea alla clessidra ad acqua è quella a sabbia, tuttora in uso. Questi tre strumenti rimasero per migliaia di anni gli unici misuratori del tempo giornaliero.
Gli orologi meccanici apparvero per la prima volta nel XIII secolo d.C., ed erano azionati da pesi. La scoperta da parte di Galileo della legge sul moto del pendolo, che pare egli facesse osservando l'oscillazione di una lampada nella cattedrale di Pisa, aprì nel 1581 un'era di maggior precisione per la misurazione del tempo.
L'accurata misurazione meccanica del tempo deve basarsi su qualche movimento a ripetizione assolutamente regolare. Il primo meccanismo fu l'asse del bilanciere, in cui un paio di palette attaccate a un braccio oscillante ingranano alternativamente con i denti di una ruota a denti frontali mossa da un peso in discesa. La regolarità nel movimento dell'asse del bilanciere dipendeva dall'attrito e, benché fosse soddisfacente in un'epoca in cui la precisione non aveva grande importanza, questo non era un buono strumento per misurare il tempo. Il più antico orologio esistente di questo tipo risale al 1386 e si trova nella cattedrale di Salisbury; un orologio molto simile a questo esiste a Wells (fu trasformato poi in pendolo) e un altro a Rouen. L'orologio di Wells dimostra quanta passione ci fosse allora per i meccanismi complessi, oltre che per la vera e propria misurazione del tempo. Il battere delle ore è effettuato da figure mobili, quattro cavalieri a cavallo, e l'orologio mostra pure la data e la fase della Luna. L'orologio astronomico di Giovanni De Dondi, costruito nel periodo che va dal 1348 al 1362 e del quale ci rimangono descrizioni dettagliate, non solo indicava i movimenti del Sole, della Luna e dei pianeti, ma conteneva anche un calendario perpetuo delle feste della Chiesa.
Bilanciere a molla con spirale a molti giri

L'OROLOGIO A MOLLA

L'orologio a molla apparve alla metà del XV secolo e permise la costruzione di meccanismi più compatti, aprendo la strada all'orologio portatile; aveva però bisogno di un meccanismo che compensasse la forza decrescente della molla che si distendeva. Questo problema non esisteva negli orologi con contrappeso, poiché la forza esercitata dal peso alla fine della discesa è uguale a quella esercitata in principio. La compensazione fu ottenuta per mezzo della piramide, cioè di un tamburo conico con una scanalatura a forma di elica tagliata in modo che, mentre la molla si distendeva, la corda di collegamento esercitava un movimento maggiore sull'albero che reggeva la piramide.
Meccanismo di orologio con molla elicoidale

I primi orologi avevano spesso una sola lancetta per indicare le ore, ma presto si aggiunse un altro quadrante per i quarti d'ora e anche una lancetta per i minuti; nel 1550 si sperimentò una lancetta dei secondi, ma questa non divenne comune fin dopo l'adozione del pendolo.
Il principio del pendolo - secondo cui il tempo dell'oscillazione di un peso sospeso è virtualmente indipendente dall'ampiezza dell'oscillazione stessa - fu scoperto da Galileo nel 1581, ma pare che egli non cercasse di applicarlo per misurare il tempo fino al 1641, quando insegnò a suo figlio Vincenzo a costruire un orologio che conteneva un pendolo e un meccanismo a ruota da lui ideato. L'orologio però non fu portato a termine prima della morte di entrambi. Il principio del pendolo fu sviluppato da Christian Huygens, che nel 1673 pubblicò un grande lavoro sugli orologi. Nel 1715 circa George Graham perfezionò un meccanismo "ad àncora" che continuò a essere adottato fino alla fine del XX secolo. La costruzione di meccanismi più esatti e accurati stimolò l'interesse per gli orologi portatili, che cominciarono ad apparire verso la metà del XV secolo. A causa della loro forma e del supposto paese d'origine, furono detti "uova di Norimberga", ma vi sono prove che i primi furono costruiti a Milano. Nel 1675 Huygens introdusse una molla a bilanciere, e la precisione del piccolo meccanismo fu ancora migliorata dall'introduzione di cuscinetti di rubini o zaffiri nel 1704. Nel 1755 Thomas Mudge inventò un meccanismo a leva che, sebbene trascurato per circa un secolo, è applicato nei migliori orologi moderni.
Orologio a scappamento 1) a palette 2) a cilindro 3) ad ancora

L'OROLOGIO ELETTRICO

Il tipo più semplice è costituito da un motore elettrico sincrono alimentato da corrente alternata di frequenza costante, collegato meccanicamente con le lancette; spesso questo tipo di orologio aziona tutta una serie di altri orologi elettricamente collegati (per esempio, negli orologi stradali). Il tipo più interessante è quello a diapason: in esso il diapason, mantenuto in vibrazione dagli impulsi elettromagnetici di una minuscola batteria, funge da motore del meccanismo di rotazione collegato con le lancette, il quale non ha bisogno di regolatore poiché le vibrazioni del diapason sono costanti.
Gli orologi a quarzo piezoelettrico sono costituiti da orologi sincroni accoppiati a circuiti elettronici nei quali la frequenza di controllo è rappresentata dalla frequenza di risonanza di un cristallo di quarzo eccitato. La precisione di questi orologi è altissima: da un secondo di scarto ogni 1000 giorni a uno ogni 300 anni.

L'OROLOGIO DIGITALE

L'orologio digitale è un orologio con quadrante a indicazione numerica invece che a lancette.
Mentre le lancette avanzano impercettibilmente, un orologio digitale mostra un orario preciso e a un certo momento passa di scatto al valore successivo.
Esistono vari sistemi di visualizzazione digitale diretta: a pannelli mobili, con display a led a sette segmenti, con display LCD.
Nel sistema a pannelli mobili alcune serie di pannelli (almeno due serie per le ore e due per i minuti) riportano le cifre da zero a nove. Un sistema, in genere un rullo su cui sono incernierati, fa cadere il pannello corretto al momento necessario, attraverso una catena di ingranaggi (la decade delle unità di minuto cambia ogni minuto, mentre la decade delle decine ogni dieci minuti, ecc.). In genere il moto è fornito da un motore elettrico.
Il display a led a sette segmenti è costituito da solo sette led, che sono sagomati a forma di segmento e posti in modo da formare la figura di un 8. Accendendo in opportune combinazioni i singoli segmenti, si può rappresentare qualunque cifra tra zero e nove. Utilizzando almeno quattro display di questo tipo, è possibile mostrare l'ora.
Il display a cristalli liquidi o LCD è il sistema più utilizzato negli orologio digitali da polso e a batteria in generale, poiché ha un ridottissimo consumo di energia elettrica. Non emettendo luce, questo display è dotato di un sistema di retro-illuminazione accendibile su richiesta, in modo da essere visibile anche al buio.