01
Oito batidas por segundo, graças a uma mola
Você está vendo um relógio mecânico, apoiado na borda como num expositor de loja. A caixa tem um mostrador, três ponteiros e, na lateral, uma coroa para dar corda. O trabalho de verdade acontece atrás do mostrador, na parte que os relojoeiros chamam de movimento. Ele não tem bateria nem chip. Tudo funciona com uma mola de aço enrolada, uma cadeia de pequenas rodas e uma roda minúscula que oscila para lá e para cá.
O movimento tem três tarefas. Primeiro, guarda energia: quando você gira a coroa, a mola real se enrola. Depois, libera essa energia em passos pequenos e regulares. Esse é o trabalho do escape e do balanço. Por fim, conta esses passos e os mostra como horas, com um trem de engrenagens e os ponteiros. O caminho da energia mostra a força indo da mola até o balanço, passando pelas rodas. Cada capítulo abaixo trata de uma dessas partes.
Tudo se move só porque o balanço deixa a roda de escape avançar meio dente de cada vez. Cada liberação é uma batida, que você ouve como um tic ou um tac. Este relógio dá 28.800 batidas por hora: 8 por segundo, 691.200 por dia. O balanço vai e volta 4 vezes por segundo. Cada oscilação completa dura 250 ms e contém duas batidas: o tic quando ele passa pelo centro num sentido e o tac quando volta. A linha do tempo sob o modelo acompanha uma oscilação completa.
Os números destes capítulos vêm de um movimento de corda manual como o ETA 2801-2, que recebe corda quando você gira a coroa. Ele tem 25,6 mm de diâmetro, 3,35 mm de espessura e 17 rubis. O modelo segue um arranjo de livro didático do mesmo tipo e afasta as peças umas das outras para que você veja cada camada. Arraste o modelo para girá-lo e ver o lado do mostrador. Em tempo real, o balanço é só um borrão, então diminua a velocidade da reprodução e veja-o oscilar.
02
Quarenta e duas horas numa fita de aço
A energia mora na mola real, uma longa fita de aço enrolada dentro de um tambor. Quando você gira a coroa, gira também a haste. Por meio de pequenos pinhões, a haste gira a roda da coroa e a roda de catraca, presa ao eixo central do tambor. O eixo enrola a ponta interna da mola cada vez mais apertada, enquanto o tambor fica parado. Uma pequena lingueta cai entre os dentes da catraca à medida que eles passam. Assim, a mola não consegue girar o eixo para trás.
Esticada, essa mola tem 420 mm de comprimento, mas só 0,125 mm de espessura e 1,23 mm de altura. Sua força de giro, o torque, é de cerca de 11,3 mN·m com a corda completa. Um dia depois, ele cai para cerca de 9,1 mN·m, uns 19 por cento a menos. Por isso, o empurrão que faz o relógio andar nunca é totalmente constante. Uma corda completa guarda cerca de um terço de joule, e o relógio gasta essa energia devagar, com apenas uns 2 a 3 microwatts.
Ao se desenrolar, a mola gira o tambor, e os dentes na borda dele movem as rodas. Uma corda completa faz este movimento funcionar por 42 horas: é a sua reserva de marcha. No trem de livro didático do modelo, o tambor dá uma volta a cada 8 horas, então uma corda completa equivale a cerca de cinco voltas e um quarto da mola. Arraste o controle para o lado sem corda: as voltas da mola se abrem até a parede do tambor, o torque cai e o balanço oscila menos.
Num relógio de corda manual, a lingueta segura a mola e, quando a corda está completa, a coroa simplesmente para de girar. Um relógio automático recebe corda de uma massa oscilante, e ela não sabe quando parar. Por isso, a mola dele termina numa brida deslizante, que escorrega pela parede do tambor em vez de forçar a mola. A versão automática deste movimento, o ETA 2824-2, tem 4,6 mm de espessura em vez de 3,35 mm e funciona por 38 horas. Dê corda completa ao modelo para começar de novo.
03
Multiplicar, não reduzir
Do tambor, a força passa por uma cadeia de rodas chamada trem de engrenagens. Cada roda é grande e move um pinhão pequeno no eixo seguinte, então cada etapa gira mais rápido que a anterior. A mola é lenta e forte, mas o escape precisa de um movimento rápido e leve. Por isso, o trem multiplica a velocidade em vez de reduzi-la. No fim do trem, o giro lento do tambor vira 12 voltas por minuto na roda de escape.
Os relojoeiros chamam de pinhão a engrenagem pequena que é movida por outra. O modelo usa um trem de livro didático. Os 80 dentes do tambor movem um pinhão de 10 dentes, o que multiplica a velocidade por 8. As etapas seguintes multiplicam por 8, 7,5 e 12. Assim, a roda central dá uma volta por hora, a quarta roda uma por minuto e a roda de escape 12 por minuto. Cada um dos 20 dentes da roda de escape gera duas batidas: 12 × 20 × 2 dá 480 batidas por minuto, ou 28.800 por hora.
Neste arranjo de livro didático, a roda central fica no meio do movimento e dá uma volta por hora, por isso carrega o ponteiro dos minutos. A quarta roda dá uma volta por minuto e carrega o pequeno ponteiro de segundos às seis horas. A roda de escape faz em média 12 voltas por minuto, mas passa a maior parte do tempo parada e avança em saltos curtos de 9°, um por batida. Escolha uma roda abaixo e a câmera a acompanha.
Os pivôs das rodas giram em rubis, mancais minúsculos de rubi sintético. Eles são feitos em fábrica e não são pedras preciosas. Um pivô de aço num rubi tem só uma fração do atrito de metal contra metal, e ainda é lubrificado. Este movimento tem 17 rubis. A versão automática tem 25, mas os 8 a mais ficam no sistema de corda e não ajudam em nada a marcar o tempo. Ou seja, mais rubis não significam um relógio melhor. Os pontos âmbar acompanham a energia do tambor até o balanço.
04
Soltando meio dente de cada vez
A mola empurra a roda de escape o tempo todo e, se nada a segurasse, a roda dispararia num instante. Quem a segura é a âncora. Ela tem duas pedras de rubi, as paletas de entrada e de saída, que abrangem dois dentes e meio. Entre uma batida e outra, uma delas bloqueia um dente. A face de travamento da paleta é inclinada, e essa inclinação se chama tração: a pressão do dente puxa a âncora para dentro e a mantém contra um pino de limite. A roda está travada.
Então o balanço volta. Um pino de rubi no seu prato, o rubi de impulso, entra no garfo da âncora e a empurra até a paleta escorregar para fora do dente: a roda está destravada. O dente desliza pela ponta inclinada da paleta e empurra a âncora, e a âncora empurra o pino. Esse empurrão é o impulso, dividido entre a rampa do dente em forma de clava e a paleta. A roda cai livre, o dente seguinte trava na outra paleta, e a roda girou 9°. Percorra tudo passo a passo com os botões abaixo.
O pino só toca a âncora durante os 50° de oscilação em torno do centro, o chamado ângulo de levantamento. Quando o balanço oscila cerca de 280° para cada lado, esse contato dura uns 7 ms de cada batida de 125 ms. Em cerca de 94 por cento do tempo o balanço oscila livre, enquanto a tração mantém a âncora parada contra o seu pino de limite. É um escape livre. Se um impacto tenta mover a âncora enquanto o pino está longe, um dardo da âncora bate no prato de segurança e a detém.
O tic que você ouve é feito de três impactos rápidos, e não de um só: o pino batendo na âncora, um dente chegando à face inclinada de uma paleta e, o mais alto de todos, um dente travando quando a âncora bate no pino de limite. O tac é igual na volta. Thomas Mudge inventou este escape de âncora na década de 1750, e desde cerca de 1900 quase todo relógio mecânico usa um. Arraste devagar a linha do tempo pelo tic e veja a roda esperar, saltar e parar.
05
A roda que decide quanto dura um segundo
O balanço é um anel de 10,6 mm de diâmetro que gira para lá e para cá sobre pivôs de apenas 0,08 mm de espessura. Uma espiral sempre o puxa de volta ao centro, então ele passa do ponto e oscila para o outro lado, como uma criança num balanço de parquinho. Só duas coisas definem quanto dura uma oscilação. A primeira é o peso do aro e a distância desse peso até o centro. A segunda é a rigidez da espiral. Mais peso longe do centro deixa a oscilação mais lenta, e uma espiral mais rígida a deixa mais rápida. Aqui, uma oscilação completa dura 250 ms. Christiaan Huygens projetou uma espiral para o balanço em 1675.
O quanto o balanço oscila é a sua amplitude: cerca de 280° para cada lado quando o relógio está com corda, ou seja, mais de uma volta completa de um extremo ao outro. A Sellita, que fabrica movimentos com o mesmo projeto, admite no máximo 315° com a corda completa e no mínimo 200° um dia depois. Acima de uns 335°, o rubi de impulso daria a volta e bateria nas costas da âncora. O balanço guarda cerca de 12 µJ de energia, e cada batida repõe só alguns por cento disso.
Para ajustar a marcha, o relojoeiro move a raquete. Seus dois batentes minúsculos, um pino e uma pequena chave, abraçam a espira externa da espiral e definem quanto dela fica livre para flexionar. Encurte esse comprimento útil e o relógio adianta; alongue e ele atrasa. Pequenas mudanças contam: uma espiral só 1 por cento mais rígida adiantaria cerca de 7 minutos por dia. Mexa um pouco no controle e veja como basta pouco para o relógio errar vários minutos por dia.
Calor, magnetismo e impactos perturbam o balanço. As espirais de Nivarox, uma liga criada para elas na década de 1930, quase não mudam com a temperatura. Já as espirais de silício não são magnéticas. Contra impactos, os rubis que seguram os pivôs do balanço ficam num sistema antichoque: uma mola deixa o rubi se deslocar, o ombro grosso do eixo recebe o golpe e a mola centraliza o pivô de novo. O Incabloc, do início da década de 1930, é um desses sistemas. Nesta família de movimentos, só as versões superiores têm Incabloc. As outras usam o Etachocs, da própria ETA.
06
Das batidas às horas
Agora olhe o lado do mostrador. Sob o mostrador, um pequeno conjunto de rodas chamado minuteria faz o ponteiro das horas dar uma volta enquanto o dos minutos dá doze. Neste arranjo de livro didático, o pinhão canhão, de 10 dentes, move a roda de minutos, de 30 dentes. O pinhão dessa roda, de 8 dentes, move a roda das horas, de 32 dentes: 3 vezes 4 dá 12 para 1. O pinhão canhão fica preso só por atrito. Por isso, quando você acerta a hora, os ponteiros giram e o trem fica parado.
A quarta roda carrega o pequeno ponteiro de segundos às seis horas. Ele avança 6° por segundo, não de forma contínua, mas em 8 passos minúsculos, um por batida. É por isso que o ponteiro de segundos de um relógio mecânico parece deslizar. O próprio ETA 2801-2 é construído de outro jeito: a roda de segundos fica no centro do movimento e move um ponteiro de segundos central, e o ponteiro dos minutos vai num tubo em volta dela.
Nem todo relógio bate 8 vezes por segundo. Antes da década de 1970, o normal eram 18.000 batidas por hora, e hoje 21.600 é comum. A Grand Seiko chegou a 36.000 em 1968, e a Zenith, com o El Primero, em 1969. Uma frequência mais alta deixa a marcha mais estável diante de impactos e mudanças de posição. O preço é energia. Com o mesmo balanço e a mesma amplitude, a energia cresce com o quadrado da frequência. Então a corda acaba antes ou as peças se desgastam mais rápido. Troque a frequência e compare os números abaixo.
Mas o que é ser preciso? Nos testes do COSC, um cronômetro certificado precisa ficar, em média, entre −4 e +6 segundos por dia. Esse é um de sete critérios, verificados no movimento sem caixa durante 15 dias, em 5 posições e 3 temperaturas. O METAS testa o relógio já com caixa, inclusive depois de um campo magnético de 15.000 gauss. Ele admite de 0 a +5 segundos por dia, ou de 0 a +6 para um movimento deste tamanho. Para o quartzo, o limite do COSC é de cerca de ±0,07 segundo por dia. Ainda assim, em 2025 a Suíça exportou 5,2 milhões de relógios mecânicos, que representaram 86 por cento do valor das suas exportações de relógios.