Monte Blanco
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RELÓGIOS

OS RELÓGIOS E SUA EVOLUÇÃO
IVAN M. SILVA, PAULO M. SILVA E ZULMIRA DE A. BRANDÃO
CNPq - OBSERVATÓRIO NACIONAL
Departamento Serviço da Hora - DSH

INTRODUÇÃO

Os meios de conservação e disseminação  do  tempo, sofreram  ao longo dos séculos uma grande evolução, marcada  pelo aperfeiçoamento constante  de  vários   dispositivos   bastante engenhosos e singulares em sua evolução.

Partindo-se do Sol como referência natural em função dos dias  e  das noites, os relógios de Sol  foram acompanhados  por outros que utilizavam o escoar de líquidos, areia ou a queima de fluidos, até se chegar aos dispositivos mecânicos que originaram as pêndulas.

Com a eletrônica e a descoberta do efeito piezoelétrico, os  relógios a quartzo passaram a servir como padrões,  evoluindo posteriormente  até  os atuais  padrões  de  
Césio  e  Maser  de Hidrogênio.

RELÓGIOS ATÔMICOS DE CÉSIO


REFERÊNCIA NACIONAL DE TEMPO E FREQÜÊNCIA

Padrão Primário acima, instalado dentro de uma cabine blindada no Observatório Nacional, serve de referência para os demais padrões existentes no BRASIL.

Ele é o primeiro elo de uma corrente metrológica que passa por laboratórios de centros de pesquisa, de industrias até chegar ao dia a dia da população, pois o Tempo e Frequência estão presentes nos : taxímetros, medidores de consumo de energia elétrica, fornos de microondas, relógios de pulso, relógios de ponto, relógios de estacionamento de autos, velocímetros de autos, radares que monitoram velocidade de autos, cronômetros utilizados em competições esportivas, etc.

Ele é o mais novo padrão comercial de uma geração de padrões cujas origens remonta à 1945.

O Sistema Internacional de unidades, ratificado pela 11a CGPM/1960 e atualizado até a 20a CGPM/1995, compreende sete unidades de base e outras unidades derivadas. As sete unidades de base são: ampère, candela, quilograma, kelvin, mol, metro e segundo.

A unidade de Comprimento, o metro, está relacionada diretamente à unidade de Tempo, o segundo, pois em 1983 na 17a CGPM, o metro foi definido como:
Metro é o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo, durante um intervalo de tempo de 1/299 792 458 de segundo.

Em Outubro de 1967 na 13a CONFERÊNCIA GERAL DE PESOS E MEDIDAS, o
segundo foi definido como :
o segundo é a duração de 9.192.631.770 períodos da radiação correspondente aos dois níveis hiperfinos do estado básico dos átomos de Césio 133.

Esta definição permanece em vigor até a presente data, sendo a definição oficial do tempo para todos os países do mundo.

O padrão acima materializa esta definição, com um erro de ± 1 segundo em cerca de 63.400 anos (± 0,5 x10-12)

Em  paralelo, a referência da rotação do nosso planeta também deixou de ser confiável e embora sua translação ainda seja utilizada  como referência para o Tempo das  Efemérides,  é  nos "Pulsar", estrelas de neutrons com pulsações bastante  regulares, que o homem busca agora, uma referência estável que seja imune as variações  de diversas origens observadas no interior do  Sistema Solar.

Em nosso País, desde o início de suas atividades no tempo do  Império e a partir de 1913, através de uma lei específica,  o Serviço   da   Hora  do Observatório  Nacional,   vem   gerando, conservando  e disseminando a Hora Legal  Brasileira,  seja  por meios  próprios  ou  através de emissoras de Rádio, TV  e  da EMBRATEL,  a todo o território nacional com diferentes níveis  de exatidão   e  confiabilidades.  O  atual  sistema,  com emissão centralizada  no  Rio de Janeiro, poderá ser aperfeiçoado e expandido,  beneficiando  toda  a comunidade  usuária  com   as transmissões  passando  a  provir de uma  nova  estação  emissora  em Brasília, sem que sejam extintos os trabalhos já existentes  nos locais atuais.

Neste  trabalho está resumida a evolução do relógio  ao longo  dos séculos, bem como os principais eventos associados  ao campo de Tempo e Freqüência.


RELÓGIOS

UMA EVOLUÇÃO MARCADA COM O TEMPO


A história dos relógios acompanha, efetivamente, a própria história da civilização. Iniciando-se por volta de  5000 anos  passados registra  a evolução do homem  em  seu  progresso através dos tempos até os nossos dias.

Iniciada  a pouco mais de um século, a  industrialização dos  relógios é relativamente recente. Na atualidade é  uma  das indústrias  mais evoluídas do nosso planeta, sendo produzidos  em todo  o mundo cerca de 250 milhões de unidades  anualmente.  Isto sem  dúvida  porque  a  medição do tempo  foi,  é,  e  certamente continuará a ser uma preocupação permanente.


CRONOLOGIA DOS RELÓGIOS

SÉCULOS

ANTES DE CRISTO

DEPOIS DE CRISTO

XXXI, XVI, X, VII, V, III, II, I

III, VIII, IX, XI, XIII, XIV, XV, XVI, XVII, XVIII, XIX, XX

Século XXXI aC

3000 a.C. - Relógio de Sol. Surge o primeiro Gnomon. (Fig.1)

Fig. 1 Relógio de Sol (Gnomon), no campo de Marte em Roma, imperador Augusto, 27 a. C.
©
DIMEP S.A.


Século XVI Ac

1500 a.C. - Inscrição funerária egípcia menciona uma  clepsidra, relógio de água, construída para o rei Amenophis I. (Fig.2)

 
Fig. 2 Relógio de água, Clepsidra, um dos mais primitivos.
©
DIMEP S.A


Século X aC
950 a.C. - Homero menciona em suas obras os períodos do dia  e do ano solar.

Século VII aC
600 a.C. - Referência a um relógio de sol, chamado "pedra horária", construído na Babilônia, por Beroso.

Século V aC
430 a.C. - Na Grécia começa a ser usada a clepsidra.

Século III aC
287 a.C. - Arquimedes inventa as rodas dentadas.

Século II aC
157 a.C. - Roma conhece a clepsidra, levada por Scipião Násica.

Século I aC
27 a.C. - É erigido no Campo de Marte, em Roma, um obelisco com a função de Gnomon.

Século III
250 - d.C. Surgem referências aos primeiros relógios de areia, ampulhetas.

Século VIII
721  - Y. Hang, astrônomo chinês, constrói   uma clepsidra mecânica que indicava o movimento dos astros.

Século IX
885 - Alfredo o Grande usa velas para medir o tempo.

Século XI
1090  - O chinês Su-Sung publica um tratado sobre  relógios de torre, movidos a água.

Século XIII
1251 - O arquiteto Villard desenha um escapamento de relógio.
1292 - É construído o relógio da catedral de Canterbury.

Século XIV
1330 -O abade Ricardo de Walingfard constrói o relógio astronômico de Santo Albano.
1380 - Surgem na península itálica os primeiros relógios domésticos.

Século XV
1459  - A  fita de aço é pela primeira  vez  aplicada  nos relógios como elemento motor, a mola.
1500 - Pedro Henlein, de Nuremberd inventa um relógio portátil.

Século XVI
1525 - O caracol é inventado por Jacob Zech, de Praga.
1530 - Começam a ser usadas platinas de latão nos relógios portáteis.
1549 - Os portugueses introduzem no Japão os relógios mecânicos.
1560 - Surge a corrente do caracol, que substitui o fio de tripa.
1570 - Inicia-se a aplicação das figuras animadas na relojoaria.
1582 - Galileu Galilei descobre o isosincronismo das oscilações do pêndulo.
1585 - Jost Burgi constrói um relógio com corda para três meses.
1587 - Começa em Genebra, Suíça, a fabricação de relógios.
1600 - Generaliza-se a produção e uso de relógios portáteis, que tomam as mais variadas formas.

Século XVII
1610 - Inicia-se o uso dos vidros de proteção sobre os mostradores e ponteiros dos relógios portáteis.
1640 - Galileu Galilei, com 76 anos e cego, dita a seu filho e a seu aluno Viviani todos os detalhes que permitiram a estes desenhar o célebre relógio de Galileu, provido de um pêndulo e um escapamento livre.
1650 - Christian Huygens planeja a aplicação do pêndulo nos relógio.
1657 - É construído o primeiro relógio a pêndulo pelo relojoeiro Salomão Coster, de Haia.
1670 - O ponteiro de minutos começa a ser aplicado.
1675 - Christian Huygens inventa a espiral de aço, cabelo, para relógios de bolso, substituindo a cerda de porco.
1676 - Quare e Barlow criam a soneria de repetição, batendo horas e quartos, pela pressão do suporte da argola, nos relógios portáteis.
1700 - Surgem neste século os primeiros relógios de azeite.

Século XVIII
1704 - Nicolas Fatio é o primeiro a produzir e usar nos relógios rubis perfurados como mancais.
1714  - O parlamento  inglês oferece  um  prêmio  para o construtor de um relógio que permitisse melhor determinação da longitude no mar.
1726 - George Graham inventa o pêndulo com compensação a mercúrio.
1730 - O primeiro relógio Cuco é fabricado na Floresta Negra.
1748 - Pierre Le Roy apresenta à Academia de Ciências de Paris um escapamento livre.
1751 - É fabricado em Paris, por Le Plat, um relógio que carrega sua corda, com variações da pressão atmosférica.
1759 - Thomas Mudge inventa o escape a âncora para relógios portáteis, ainda usado em nossos dias, com algumas alterações, em todos os modernos relógios de pulso à corda.
1761 - John Harrison, com o seu cronômetro de marinha número quatro, resolve o problema das longitudes no mar e recebe do governo inglês uma parte do prêmio de 20 mil libras.
1761 - Pela primeira vez é usado o termo cronômetro por Pierre Le Roy.
1765 - Surge o ponteiro central de segundos.
1775 - John Arnold inventa o cabelo helicoidal, para cronômetros.
1790 - Abraham Louis Breguet melhora e introduz inovações importantes nos relógios de bolso, tais como corda automática, sistema a prova de choque, etc..
1800 - É inventada a pilha elétrica, por Alexandre Volta.

Século XIX
1830 - Pela primeira vez um pêndulo é acionado pela eletricidade pelo físico Zamboni, de Verona.
1840 - Lord Grimthorpe inventa o escape à gravidade,   concebido especialmente para o Big-Ben de Londres.
1842 - Adrien Philippe inicia a fabricação de seus relógios de bolso, com corda pela coroa.
1856 - Louis Clement François Breguet idealiza um dispositivo eletromagnético, para carregar a corda dos relógios.
1865 - George Fréderic Roskopf inventa o escapamento econômico, com âncoras de pinos.
1880 - O casal Curie descobre as qualidades piezo-elétricas do cristal de quartzo.
1884 - O meridiano de Greenwich é aceito internacionalmente como o ponto inicial na escala dos meridianos para o cálculo das longitudes.
1884 - Thomas Alva Edison descobre a emissão termoiônica, efeito de Edison, que permitiu a criação da válvula eletrônica.
1891 - Sigismundo Riefler inventa um escapamento para pêndulo de Observatórios.
1900 - Inicia-se o uso dos relógios de pulso.

Século XX
1912 - Primeira Conferência Internacional da Hora em Paris: - unificação dos sinais horários por rádio. Uso universal do Greenwich-Mean Time.
1914  - John  Harwood patenteia um  dispositivo  de  corda automática, adaptado para os relógios de pulso.
1918 - H. E. Warren realiza o primeiro motor elétrico síncrono, para relógios.
1928 - A IAU recomenda a designação "Universal Time" para o dia solar médio em Greenwich contado a partir de meia-noite.
1930  - Warren A. Morrison constrói o primeiro  relógio  a cristal de quartzo.
1935 - Comparações entre observações astronômicas e os relógios de quartzo em Postdam indicaram variações irregulares e imprevisíveis na rotação da Terra.
1941 - É fundado em São Paulo o Instituto Brasileiro de Relojoaria.
1942 - I. I. Rabi inicia as pesquisas relacionadas ao núcleo dos átomos, o que levará ao relógio atômico.
1948 - Surge experimentalmente o primeiro transistor, devido aos trabalhos de Willian Shochley.
1948 - O primeiro relógio atômico é construído no "National Bureau of Standard", EUA.
1948 - Pesquisas sobre relógios, comandados por sinais de rádio, são iniciadas no Brasil, por Dimas de Melo Pimenta.
1950 - Introdução da escala de tempo das Efemérides (ET).
1955 - Charles H. Townes orienta a construção do relógio atômico de Maser.
1956 - J.R. Zacharias e R.T. Daly, apresentam o primeiro relógio atômico comercial.
1957 - Max Hetzel, da fábrica Hamilton dos EUA, apresenta o primeiro relógio de pulso eletrônico.
1958 -O Laboratório de Pesquisas Relojoeiras, de Neuchatel, constrói o primeiro relógio atômico suiço.
1958 - P. Bender do NBS (EUA), desenvolve técnica que permite mais tarde a construção de padrões atômicos de rubídio.
1959 - A fábrica Dimep do Brasil inicia as pesquisas para a fabricação de relógios a quartzo no Brasil.
1960 - As forças armadas americanas concebem o projeto para o sistema GPS de navegação que como subproduto permite a disseminação de tempo e freqüência no mundo inteiro, com grande precisão.
1967 - Aparecem no mercado mundial os primeiros relógios de pulso a quartzo,  com  mostradores  e ponteiros convencionais.
1967 - A 13a Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM), passou a considerar o padrão de Césio, como base para a definição da unidade de tempo (segundo).
1969 - Criada a escala de Tempo Atômico Internacional(TAI).
1970 - Começa a funcionar no Brasil, no Observatório Nacional, o 1° Padrão Atômico de Césio.
1972 - Começa a ser comercializado nos EUA os relógios de pulso com mostrador digital de LED.
1972 - O novo sistema de Tempo Universal Coordenado (UTC), baseado nos padrões atômicos, passou a vigorar à partir de 1° de janeiro.
1973 - Aprovação do sistema GPS.
1974 - Chega ao Observatório Nacional, o 1° Padrão Atômico de Rubídio.
1978 - Lançamento do primeiro dos 18 satélites que comporão o sistema.
1983 - Lançamento do oitavo satélite do sistema GPS.
1985 - Lançamento do décimo primeiro satélite do sistema GPS.
1987 - A fábrica de automóveis GM nos EUA planeja ter em seus automóveis receptores para o GPS.
1996 - Instalados no Observatório Nacional, 2 Masers de Hidrogênio da Marca KVARZ, os primeiros do Hemisfério Sul. 
1997 - Instalados no Observatório Nacional, dois padrões de Césio HP5071A, os mais modernos da atualidade.


B I B L I O G R A F I A

1 - DIMAS DE, M. PIMENTA - O Relógio...Sua História, Dimep 1976.
2 - BYRON  E. BLAIR, Editor - Time and  Frequency:  Theory  and Fundamentals, NBS monograph 140, May 1974.
3 - MARTIN R. STEGLITZ - The Global Positioning System, Microwave Journal, April 1986.
4 - WILLIS I. MILHAN - Time and Timekeepers, Macmillan 1974.

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