Scienzapertutti

Orologi meccanici

a cura di Anna Maragno

«L'orologio, non la macchina a vapore, è lo strumento chiave della moderna età industriale»1

Orologi meccanici

In questo mese  descriveremo l’evoluzione degli orologi meccanici. Il viaggio inizierà  dagli svegliarini monastici e dagli orologi monumentali su torri e campanili del tardo Medioevo, per giungere sino agli orologi a pendolo, introdotti alla fine del Seicento. Concluderemo con gli orologi da taschino e da polso, comparsi nella seconda metà dell’Ottocento.

Orologio a forma di pavone

Figura 1. L’orologio del Pavone, appartenente ad una collezione del Museo del Piccolo Ermitage a San Pietroburgo, in Russia. È unanimamente considerato tra i più pregevoli orologi meccanici ancora esistenti. Le ore e i minuti sono segnati da un quadrante che si trova all’interno del cappello di uno dei funghi ai piedi della quercia. La lancetta dei secondi, invece, è rappresentata da una libellula posata sul cappello dello stesso fungo. Allo scoccare dell’ora, si azionano diversi meccanismi automatici: alcuni campanelli suonano e, nell’ordine, un gufo si muove, il pavone al centro fa la ruota e il galletto (sulla destra nell’immagine) volge il capo e canta.  

Si invita alla visione del video al link https://www.youtube.com/watch?v=ilPlVRoUl_8.

Credits: Antonio Zugaldia, CC BY 2.0 <https://creativecommons.org/licenses/by/2.0>, via Wikimedia Commons
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Peacock_Clock.jpg

Le origini degli orologi meccanici: gli svegliarini

Gli studiosi sono concordi nell’ipotizzare che, in Occidente, i primi orologi meccanici si siano diffusi in ambito ecclesiastico. In epoca medievale, infatti, i religiosi erano soliti regolare gli orari di preghiera, lavoro e riposo con l’ausilio di orologi solari, orologi ad acqua e candele orarie.  Tuttavia, per scandire il tempo con maggiore regolarità e precisione, iniziarono ad essere realizzati i primi svegliarini monastici, originariamente azionati dall’acqua. Tra il XIII e il XIV secolo si introdussero ingranaggi meccanici: i prototipi erano caratterizzati da un significativo errore giornaliero e richiedevano di essere regolati quotidianamente, a mezzogiorno, tramite il confronto con un orologio solare o con una meridiana.
In un primo tempo, la lancetta delle ore rimaneva ferma ed era il quadrante circolare a compiere una rotazione; solo in seguito quest’ultimo divenne fisso e fu aggiunta la lancetta dei minuti. Il meccanismo degli svegliarini si basava sul movimento di un peso collegato ad una corda avvolta su un tamburo ruotante. Per gravità, il peso scendeva: la corda, dunque, si svolgeva, azionando la rotazione del tamburo e muovendo le ruote ad ingranaggi collegate. Infine, alcune ruote dentate legate a dei martelletti percuotevano piccole campane, creando così le prime suonerie. Quando la corda era completamente svolta, per ricaricare l’orologio era necessario riavvolgerla manualmente attorno al tamburo.

Tale meccanismo, però,  comportava  uno svolgimento troppo rapido dell’intera corda dal tamburo, con conseguente velocissima rotazione di quest’ultimo e di tutti gli ingranaggi. Ciò rendeva inaccurata la misura del tempo. Fu dunque introdotto il così detto "scappamento": grazie a questa soluzione, una barra a bilanciere, con pesi agganciati, regolabili dal centro ai bordi esterni della stessa, rendeva lenta e costante la rotazione del tamburo e degli ingranaggi a questo legati. Alcune palette, fissate al bilanciere, arrestavano o liberavano (in gergo, "lasciavano scappare") ciclicamente i denti delle ruote. Sebbene fortemente migliorati, gli svegliarini monastici rimanevano poco precisi e potevano accumulare  fino ad un’ora di errore durante una singola giornata.

I grandi orologi meccanici medievali

Attorno ai monasteri il mondo europeo, nel frattempo, lentamente evolveva. Nel tardo Medioevo fiorirono le prime realtà cittadine, con nascenti attività di commercio e di artigianato. La cultura, non più appannaggio di uomini di religione, si diffondeva nelle nuove Università. Si rendeva così necessaria una misurazione del tempo precisa e condivisa. Naturalmente, il funzionamento degli orologi meccanici esigeva l’adozione di ore di durata sempre uguale tra loro e, quindi, non più dipendenti dalle variazioni stagionali di luce e buio. Per rispondere a questa necessità collettiva, furono costruiti i primi grandi orologi meccanici, posti non solo sulle facciate di chiese e di cattedrali, ma anche su torri e campanili. Alcuni di questi orologi erano astronomici e fornivano, dunque, numerose informazioni (ne abbiamo parlato nello scorso mese di agosto). Tali orologi meccanici, astronomici o meno, costituiscono vere e proprie meraviglie della meccanica e dell’orologeria, e i loro sofisticati ingranaggi sono ancora oggetto di studio. Grazie alla collocazione di molti orologi su torri e campanili, i rintocchi delle ore erano udibili nelle case, nelle piazze, nei campi, per scandire i ritmi di ogni attività. Persone incaricate si occupavano di ricaricarli periodicamente.
Dal quadrante unico si adottarono poi orologi a quattro quadranti, per essere leggibili da ogni lato della costruzione. I quadranti dei primi grandi orologi meccanici mostravano unicamente le ore: le lancette dei minuti e dei secondi furono aggiunte, in rari casi, a partire dal Quattrocento e conobbero diffusione non prima del secolo successivo.

Orologio torre di Sant'andre

Figura 2.  Orologio della Torre di Sant’Andrea, a ChioggiaCompletamente meccanico, è ritenuto uno degli esemplari più antichi del mondo. Gli archivi della città lo datano al 26 febbraio 1386. La costruzione è attribuita alla famiglia Dondi, da cui proveniva Jacopo, di cui abbiamo parlato a proposito dell’orologio astronomico in Piazza dei Signori a Padova.

Credits: https://www.chioggia.org/index.php?area=90&menu=590&page=1352&lingua=4#

Il Cinquecento: orologi da casa

Nel corso del Rinascimento l’introduzione della molla di carica e l’uso del bilanciere consentirono di abbandonare il sistema basato sui pesi. Si ridussero, di conseguenza, le dimensioni e il peso degli orologi, che entrarono così nelle case signorili ed iniziarono ad essere trasportati, seppur con ogni precauzione, su navi e su carrozze. Il loro costo era assai elevato, data la ricchezza dei fastosi ornamenti che li elevavano al rango di veri e propri oggetti di pregio. 

Giova ricordare che tutti gli orologi meccanici, di qualsiasi genere, necessitano di essere ricaricati periodicamente per garantirne il funzionamento.

orologio astronomico da tavolo

 Figura 3. Orologio astronomico da tavolo risalente al 1568. Il meccanismo è attribuibile a Jeremias Metzger. Lo strumento si trova oggi presso il Metropolitan Museum of Art a New York.

Credits: https://www.metmuseum.org/art/collection/search/209211


Il Seicento: orologi personali
 

Nel corso di questo secolo, i primi orologi da persona furono impiegati in ambito militare, ad uso dei comandanti degli eserciti: ne è un esempio la tamburina, orologio da tracolla con la sola lancetta delle ore, adoperata soprattutto durante le missioni. Si trattava di dispositivi legati al collo da una catenella o contenuti in piccole sacche da appendere alla cintura. Tutto ciò fu possibile grazie  al meccanismo a scappamento, che aprì la strada agli orologi di piccolo pesoTuttavia, gli orologi meccanici da persona rimasero per molto tempo rari, imprecisi e costosi.

L’orologio a pendolo tra Seicento e Settecento

In questi due secoli gli orologi meccanici raggiunsero la loro massima diffusione e il più elevato livello tecnologico grazie all’introduzione del pendolo nel meccanismo.

Come è noto, fu Galileo Galilei (1564-1642) il primo scienziato di età moderna a compiere approfonditi studi fisici riguardanti il pendolo, culminati con la formulazione della legge dell’isocronismo. Tale principio fu applicato all’orologeria solo più tardi, ad opera di Christiaan Huygens (1629-1695), a cui si deve l’invenzione dell’orologio a pendolo nel 1656.  

Si è detto che l’introduzione della molla di carica aveva permesso di costruire i primi orologi di dimensioni ridotte, nel Cinquecento. Un secolo dopo, con l’avvento dell’orologio a pendolo, fu ideata la molla a spirale per controllare la velocità di oscillazione del bilanciere. Ciò rese gli orologi leggeri, di ridotte dimensioni e di elevata precisione. Non è ancora stato chiarito dagli studiosi se l’introduzione della molla a spirale sia da attribuire all’olandese Christiaan Huygens o all’inglese Robert Hooke (1635-1703). Grazie a tale tecnologia, gli errori degli orologi meccanici erano quasi spariti del tutto, o ridotti a minime imprecisioni nel corso di un’intera giornata. 

Orologio a pendolo

Figura 4. Orologio a pendolo a cassa lunga, laccato, risalente al Settecento e costruito da Joseph Ward. È conservato presso il Metropolitan  Museum of Art a New York.

Credits: https://www.metmuseum.org/art/collection/search/10008446

 

L’orologio da taschino e da polso

Dunque, grazie all’impiego della molla a spirale, furono realizzati i primi orologi da taschino di precisione, che conobbero un elevato successo nel corso dell’Ottocento sino ai primi decenni del XX secolo, cadendo poi lentamente in disuso. Tenere l’orologio nella tasca del gilet non era solamente una questione di stile, o di moda: consentiva di proteggere i delicati meccanismi dai danni dovuti principalmente all’esposizione agli agenti atmosferici. Solitamente, gli orologi da taschino erano destinati ad un pubblico maschile, mentre le signore indossavano, a volte, un segnatempo appeso al collo, assieme a lunghe collane. 

Secondo la tradizione, la regina di Napoli Carolina Bonaparte (1782-1839), sorella minore di Napoleone, acquistò il primo orologio da polso realizzato dal celebre Abraham Louis Bréguet nel 1810. Nel XIX secolo, tale strumento si diffuse tra le donne appartenenti all’alta società.

orologio da taschino

Figura 5. Orologio da taschino datato 1844, appartenuto al Capitano William Thomas Turner (1856-1933).

Credits: https://www.liverpoolmuseums.org.uk/artifact/pocket-watch-owned-captain-william-turner

Nel secolo successivo, infine, l’orologio da polso si impose sul mercato per la sua maneggevolezzaLo strumento che un tempo segnava il tempo dei benestanti  iniziò, grazie ai costi sempre più ridotti, a scandire anche quello dei lavoratori. Apprezzato per la fantasia delle sue forme, rimane, ad oggi, un oggetto di pregio estetico in cui scienza e arte appaiono indissolubilmente legati.  



Note

1. Traduzione della citazione «The clock, not the steam-engine, is the key-machine of the modern industrial age», in L. Mumford, Technics and CivilizationRoutledge & Kegan Paul LTD, London, 1934, p. 14.



Bibliografia

Tosello, V., Sant’Andrea in Chioggia. La chiesa più antica della città, la torre più antica della laguna, l’orologio più antico del mondo. In occasione del restauro radicale della chiesa (2011-2014), D. Reidel Publishing Company, Editrice Nuova Scintilla, Chioggia, 2015

Dohrn-vam Rossum, G., Die Geschichte der Stunde: Uhren und moderne Zeitordnungen, Carl Hanser Verlag, München, Wien, 1992

Du, R., Xie, L., The Mechanics of Mechanical Watches and Clocks, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2013

Milham, W. I., Time & Timekeepers Including The History, Construction, Care and Accuracy of Clocks and Watches, The Macmillan Company, New York, 1923

Huygens, C., The Pendulum Clock or Geometrical Demonstrations Concerning the Motion of Pendula as Applied to Clocks, Iowa State University Press, 1986

Landes, D. S., Revolution in Time. Clocks and the Making of the Modern World, The Belknap Press of Harvard University Press, Cambridge, Massachusetts, 2000