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Engenharia Mecânica em Casa

Relógios

Projeto FEUP 2015/2016 -- Engenharia Mecânica: Armando Sousa Teresa Duarte

Equipa 1M03_2: Supervisor: José Ferreira Duarte Monitor: Bruno Sousa

Tiago Abreu

Estudantes & Autores: Ana Catarina Moura Loureiro Costa [email protected]

Ana Oliveira Tavares [email protected] Carlos André Amaro Capitão [email protected]

Duarte Alão Magalhães Silva Moutinho [email protected] João Francisco Soares Teixeira Magalhães Barbosa [email protected]

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto - FEUP

Engenharia Mecânica em Casa - Relógios Pág. 2



Índice

1. Resumo .......................................................................................................... 5

2. Introdução ...................................................................................................... 6

3. O Impacto do Relógio ..................................................................................... 7

4. Tipos de Relógio .......................................................................................... 10

4.1. Relógio de Sol ........................................................................................ 10

4.2. Relógio de Água ..................................................................................... 11

4.3. Relógio de Areia ..................................................................................... 13

4.4. Relógio Mecânico ................................................................................... 14

4.5. Relógio de Pêndulo ................................................................................ 18

4.6. Relógio de Quartzo ................................................................................ 20

4.7. Relógio Digital ........................................................................................ 22

4.8. Relógio Atómico ..................................................................................... 23

4.8.1. Cécio 133: ........................................................................................ 24

4.8.2. Método de Aplicação (GPS): ........................................................... 25

5. A Utilização do Relógio em Casa ................................................................. 26

6. Conclusão .................................................................................................... 28

Referências Bibliográficas ................................................................................ 29

Referências Bibliográficas das Imagens: ......................................................... 31



Lista de Figuras

Figura 1: Relógio de Bolso ................................................................................. 8

Figura 2: Ilustração/sátira sobre o papel do relógio na sociedade ..................... 9

Figura 3: Relógio de Sol ................................................................................... 10

Figura 4: Clepsidra ........................................................................................... 11

Figura 5: Clepsidra desenvolvida por Ktesibio (mais precisa) .......................... 12

Figura 6: Ampulheta ......................................................................................... 13

Figura 7: Mecanismo básico de um relógio mecânico ...................................... 14

Figura 8: Principais constituintes do relógio mecânico ..................................... 15

Figura 9: Constituição da corda ........................................................................ 16

Figura 10: Sistema de engrenagens e escapamento ....................................... 17

Figura 11: Escapamento .................................................................................. 17

Figura 12: Movimento de um pêndulo .............................................................. 18

Figura 13: Mecanismo básico de um relógio de pêndulo ................................. 19

Figura 14: Principais componentes de um relógio de quartzo .......................... 20

Figura 15: Relógios de Quartzo ........................................................................ 21

Figura 16: Esquema sobre o funcionamento básico de um relógio digital ....... 22

Figura 17: Relógio Atómico .............................................................................. 23

Figura 18: Relógio Atómico em Miniatura ........................................................ 23

Figura 19: Campo magnético aplicado ao Cécio .............................................. 24

Figura 20: Método da trilateração ..................................................................... 25

Figura 21: Relógio de pêndulo com efeito decorativo ...................................... 27

Tabela 1: Principais características de relógios e a sua adequação no uso

doméstico ......................................................................................................... 27



1. Resumo

O relógio é uma das invenções mais significativas do homem. A história

dos relógios acompanha, efetivamente, a própria história da civilização. Desde

muito cedo que o Homem teve a necessidade de contar o tempo, primeiro a

sequência do dia e da noite, depois a das fases da Lua, a das marés e, mais

tarde, a sequência das estações do ano. Terão decorrido 6.000 anos para o

Homem começar a contabilizar a passagem das horas.

Iniciada à pouco mais de um século, a industrialização dos relógios é

atualmente uma das indústrias mais evoluídas do nosso planeta, sendo

produzidos em todo o mundo cerca de 250 milhões de unidades anualmente.

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 materiais (relógios de água e areia) até se chegar aos dispositivos

mecânicos que originaram os relógios de pêndulo.

Com a eletrónica, a descoberta do efeito piezoelétrico e com a

necessidade de um aumento da organização de tarefas e do tempo, os relógios

a quartzo passaram a servir como padrões, evoluindo posteriormente até aos

de Césio – relógios atómicos.

Os relógios têm, atualmente uma importância fundamental pois vivemos

num mundo sincronizado onde todos os segundos contam e, uma pequena

falha, pode originar um grande erro. Sem estes instrumentos, seria impossível

a criação e o funcionamento de outras invenções como o GPS.



2. Introdução

No âmbito da unidade curricular “Projeto FEUP” foi proposta a realização

de um relatório sobre “A Engenharia Mecânica em Casa”.

O subtema escolhido está baseado nos dispositivos que possuímos em

maior número e em mais diversos formatos na nossa casa, não descorando a

sua extrema importância.

Os “Relógios” são obras da engenharia essenciais à vida e que,

atualmente, conseguem estar a par da procura associada às diferentes

necessidades e condições. Ninguém tem um relógio atómico em casa, mas não

existe nenhuma casa sem um relógio de parede. Daí a abordagem aos

principais tipos de relógios, explicando o seu mecanismo básico permitindo

concluir a razão de só alguns terem lugar em lares.

Toda a informação que serviu de base para a elaboração deste relatório

é proveniente da internet, bases científicas, vídeos explicativos e também de

livros com noções básicas acerca dos temas relatados.



3. O Impacto do Relógio

O tempo sempre foi um fator influenciador e controlador das atividades,

Humanas, no entanto, na antiguidade, o tempo era visto como um fator de

mudança natural, por isso, o Homem não se preocupava em medi-lo com

exatidão: “Tanto para os antigos gregos e chineses quanto para os nómadas

árabes (...), o tempo era representado pelos processos cíclicos da natureza,

pela sucessão dos dias e das noites, pela passagem das estações. (...) O

homem do campo trabalhava em harmonia com os elementos, como um

artesão, durante tanto tempo quanto julgasse necessário.” (Woodcock,1972).

Devido a este desinteresse pela exatidão na medição do tempo, os avanços

tecnológicos em termos de relógios eram lentos e, mesmo quando estes

instrumentos já existiam, apresentavam muitas falhas, não passando, assim,

de uma estimativa temporal, quer por causas climatéricas (como um dia

sombrio na medição de tempo através de um relógio de sol) quer por erros

daqueles que os utilizavam (como no caso de ampulhetas).

Foi apenas na Idade Moderna (1553-1789), com a introdução do

mercantilismo e, da consequente obsessão por dinheiro e riquezas que

começou a haver interesse em controlar o tempo de uma forma precisa, com o

objetivo de maximizar a produtividade e os lucros. Foi, aliás, o desenvolvimento

do relógio mecânico por parte da Igreja (ainda na Idade Média), que levou a

que esta instituição perdesse a sua hegemonia já que deixou a sociedade mais

ligada à ideia da produtividade. (COTRIM, 1999). Estes primeiros relógios

mecânicos eram grandes e pesados, mas a sua utilidade criou a necessidade

de os tornar transportáveis: “Muitas das classes médias não tardaram a

perceber que tempo é dinheiro, devendo portanto ser cuidadosamente regulado

e usado com economia” (WHITROW, 1993). Para atingir esse objetivo, no

início do século XV, os pesos foram substituídos por molas como fonte de força

motora. Foi esta evolução que levou à criação dos primeiros relógios de bolso.

(Quartieri, 2013) Este avanço influenciou de uma maneira poucas vezes antes

vista a sociedade e permitiu estimular a produtividade individual. No entanto,

como acontece com todas as inovações tecnológicas, este era um instrumento



caro, por isso ficou, durante muito tempo, limitado ao acesso por parte dos

ricos, o que impediu uma difusão imediata dos relógios por toda a população.

(WHITROW, 1993).

O próximo grande evento histórico que deu uma nova importância ao

tempo e aos relógios foi a 1ª Revolução Industrial em Inglaterra no Séc. XVIII.

Foi a partir daqui que os operários passaram a ter hora de entrada e de saída

estipulada. Como os trabalhadores não confiavam no relógio dos

empregadores, pois receavam ser enganados a trabalhar mais, começaram a

adquirir os seus próprios relógio. Este aumento de vendas, permitiu que a

industrial dos relógios crescesse. Este crescimento permitiu o início da

produção em série dos relógios e consequente redução dos preços. Pode-se,

assim, dizer que os relógios tiveram um papel chave na revolução industrial (e

em tudo o que esta revolução trouxe). (WHITROW, 1993) “A popularização dos

relógios acentuou a tendência à regularização cronométrica de funções vitais

básicas, como a hora de dormir, de acordar, das refeições etc.” (Quartieri,

2013).

Esta popularidade dos relógios manteve-se até ao presente e,

atualmente, o homem civilizado vive num mundo sincronizado e controlado

pelo tempo. Se é verdade que o relógio permitiu ao homem ter muitos avanços,

também é verdade que o homem moderno vive escravizado pelo movimento

Figura 1: Relógio de Bolso



dos seus ponteiros. São eles que controlam as suas ações e as suas rotinas.

“O relógio transformou o tempo, transformando-o de um processo natural em

uma mercadoria que pode ser comprada, vendida e medida como um sabonete

ou um punhado de passas de uvas.” (Woodcock, 1972)

Figura 2: Ilustração/sátira sobre o papel do relógio na sociedade



4. Tipos de Relógio

4.1. Relógio de Sol

O primeiro relógio de Sol conhecido foi

construído em meados de 1500 AC no Egito.

Desde muito cedo o homem entendeu que a

posição e o comprimento das sombras variava

durante o dia, daí resultou este instrumento

que delimita as partes do dia através do

movimento da sombra projetada por um

objeto. A base desde dispositivo baseia-se em

razões trigonométricas entre os ângulos e os lados.

Para entender o seu funcionamento temos de considerar a Terra como

uma superfície esférica cujo eixo passa exatamente no seu centro e que se

encontra imóvel enquanto o Sol se move de Este para Oeste. Ao longo do

movimento solar, a sombra do eixo de rotação da Terra projeta-se no plano do

equador e move-se a 15º por hora. Ao considerar os ângulos múltiplos de 15º a

partir da sombra criada pelo ponteiro no momento em que o Sol alinha com o

meridiano, resulta a marca das horas do dia. Um relógio solar não é mais do

que um modelo da Terra e do seu eixo.

As horas marcadas num relógio solar raramente coincidem com as horas

dadas por um relógio mecânico. Um dia marcado pelo Sol é o tempo que

decorre entre dois meios-dias solares. Como a Terra tem movimento de

rotação e de translação, o dia (rotação inteira do “Planeta Azul” sobre o seu

eixo) é ligeiramente inferior ao marcado pela Estrela. A duração dos dias

solares também é condicionada pela altura do ano, por isso é que se adianta e

atrasa os relógios mecânicos em dias estratégicos. Deve então adicionar-se ou

retirar-se uma hora na marcada pela invenção solar.

Figura 1: Relógio de Sol Figura 3: Relógio de Sol



4.2. Relógio de Água

O relógio de água, também conhecido como

clepsidra, é um instrumento que usa o movimento da

água por gravidade para medir o tempo. O princípio de

funcionamento é semelhante ao da ampulheta.

O relógio solar apresentava desvantagens:

durante o período nocturno e em dias nublados e

chuvosos era completamente inútil. As populações não

podiam depender de um instrumento com um

funcionamento tão restrito. Deste modo, a necessidade de ter outro instrumento

mais eficaz levou ao aparecimento do relógio de água.

Não se conhece ao certo a verdadeira origem deste tipo de relógio. A

clepsidra mais antiga foi descoberta em “Karnak” no Egipto. Atualmente,

encontra-se exposta no Museu Egípcio do Cairo e remete para a data de 1400

a.C. No entanto, sabe-se com base em documentos que no ano 2679 a.C.

durante o reinado do Imperador Hoang-Ti já se usava a clepsidra na China. Na

Grécia Antiga foram encontrados outros exemplares deste relógio (500 a.C.).

(Passareli, 2015).

A clepsidra era utilizada nos tribunais de Atenas para cronometrar o

discurso dos advogados (defesa, acusação). Posteriormente, em Roma, era

utilizada para medir a duração dos turnos de guarda das legiões. Este relógio

teve, ainda, importância noutras áreas de estudo, nomeadamente na

astronomia e na medicina. Herófilo, um grande anatómico da antiguidade, foi o

primeiro médico a medir a pulsação usando a clepsidra. Esta nova aplicação

permitiu a fundação de escolas de medicina, o que contribuiu para o

aperfeiçoamento deste instrumento, tornando-os assim em relógios de grande

precisão para a época. Em 729, Y. Hang, um astrónomo chinês, construiu uma

clepsidra mecânica que indicava o movimento dos astros. Mais tarde, em 1610,

Galileu Galilei utilizou estes relógios em experimentos para o estudo da queda

de corpos.

Figura 4: Clepsidra



Apesar de tudo, as clepsidras também tinham algumas desvantagens.

Por exemplo, nos países que atingem baixas temperaturas, a água congelava

tornando a clepsidra um simples objecto decorativo.

Inicialmente, os relógios de água limitavam-se a dois recipientes

situados a alturas diferentes. O funcionamento baseava-se em escoar a água

do recipiente a altura superior, gota a gota, por um orifício, para o recipiente

inicialmente vazio. A medição do tempo consistia em criar uma escala com

base no tempo que o recipiente inicialmente cheio demoraria até ficar vazio.

(Grunkraut, 2015)

No entanto, a água não escoava à mesma velocidade, dependendo da

altura. À medida que o caudal (volume da água) diminui no recipiente superior,

a pressão também diminui e, consequentemente, a velocidade com que a água

escoa diminui. De modo a resolver o problema, o egípcio Amontons construiu

uma clepsidra com uma escala, marcando nos recipientes traços a diferentes

distâncias consoante a altura, isto é, quanto maior a altura maior a distancia

entre estes traços. Apesar de esta alternativa ter melhorado a precisão deste

instrumento, este ainda não era completamente preciso. Com o

desenvolvimento da ciência surgiram novas formas de resolver o mesmo

problema. Recorrendo a cálculos matemáticos, verificou-se que a inclinação de

70o das paredes do recipiente permitia que a água

escoasse a um ritmo uniforme e,

consequentemente, que a distancia entre os traços

fosse igual. [2]

No entanto, nenhum destes métodos era

totalmente eficaz e os relógios continuavam

imprecisos. Ktesibio, mecânico de Alexandria (285

a.C. - 220 a.C.), desenvolveu um novo modelo da

clepsidra. “Um fluxo constante de água fluía para

uma válvula reguladora flutuante com o formato de

um cone e, conforme o nível de água aumentava,

esse cone era empurrado para cima, para dentro

do funil que deixava a água entrar e a bloqueava

parcialmente. Isso diminuía o fluxo e baixava o

Figura 5: Clepsidra desenvolvida por Ktesibio

(mais precisa)



nível, a válvula descia e mais água entrava. Assim, a válvula encontrava uma

posição que deixava entrar apenas a quantidade de água para mante-la nessa

posição. Sem a válvula, o fluxo de água diminuiria, haveria menos pressão e o

relógio andaria mais devagar. Os relógios sem essa regulação precisavam ser

reabastecidos manualmente”. (McDermott, 2014). Esta inovação viria a ser

determinante na construção de relógios exclusivamente mecânicos.

Apesar de todas as melhorias, estes relógios continuaram imprecisos

devido a vários factores que influenciam o fluxo da água entre eles a

temperatura, a presença de impurezas e a variação da pressão atmosférica.

A clepsidra foi o mecanismo mais exacto e preciso até à invenção do

relógio de pêndulo.

4.3. Relógio de Areia

O relógio de areia, também conhecido como

ampulheta, é um dos relógios mais antigos tendo sido

criado no século VIII. Inicialmente, era constituída por

duas ampolas de vidro unidas pelo gargalo de modo a

deixar passar a areia de uma para outra num

determinado intervalo de tempo através de um orifício,

tendo, mais tarde começado a ser produzidas de uma

só peça de vidro com um orifício para a passagem da

areia. Este tipo de relógio era muito utilizado em navios

e igrejas. [3]

As ampulhetas medem o tempo já que a areia

demora um tempo aproximadamente constante a

passar de um lado, para o outro do relógio, através do

orifício (passagem esta que é impulsionada pela força

gravítica). Este tempo varia de relógio para relógio e é influenciado por fatores

como a quantidade de areia, o tipo de areia e a largura do orifício.

No entanto, os relógios de areia tinham falhas, nomeadamente,

irregularidades na precisão, já que, com o uso, o orifício começava a ser

Figura 6: Ampulheta



desgastado pela areia, o que causava uma diferença no tempo que a areia

demorava a passar de um lado para o outro da ampulheta.

4.4. Relógio Mecânico

Em 850 surgiu o primeiro

relógio mecânico baseado em

engrenagens e pêndulos, Apesar da

existência de algumas controvérsias,

há quem considere o monge francês

Gebert, posteriormente Papa Silvestre

II, o primeiro construtor de relógios

mecânicos.

Outros grandes construtores e

aperfeiçoadores dos relógios

mecânicos, foram, Ricardo de Walinfard e Santiago de Dondis em 1344, e o

seu filho João de Dondis e Henrique de Vick em 1370 (Vicente, 2012).

O relógio mecânico é constituído por 5 componentes principais: energia,

rodas, escapamento, controlador, e indicador de tempo (Radeck, 2012).

Estes relógios possuem uma corda que gera energia, a engrenagem das

rodas que transporta a energia e o escapamento que é o órgão regulador,

sendo como tal o que marca o tempo. O escapamento é a parte mais precisa

do relógio sendo como tal extremamente delicado.

Existem dois tipos de relógio mecânico de pulso, o relógio de corda

manual, e o relógio automático. O relógio de corda manual é aquele em que é

necessário dar corda para que funcione, o relógio automático não é nada mais

que um relógio a corda manual mas, que se carrega com o movimento do pulso

não sendo por isso necessário dar corda.

A base do relógio mecânico é a platina, pois é aqui que se colocam

todos os outros componentes como as pontes.

A platina e as pontes têm rubis sintéticos, pois para além de mais

económicos, não possuem imperfeiçoes e porosidades como os verdadeiros.

Figura 7: Mecanismo básico de um relógio mecânico



Os rubis são utilizados com a finalidade de reduzir o atrito e o desgaste no eixo

das engrenagens.

Figura 8: Principais constituintes do relógio mecânico



O relógio possui uma corda que não é mais do que uma mola em forma

de espiral, que ao ser enrolada armazena energia. A corda vai tentar libertar

energia para retomar a forma original devido às suas características elásticas.

Num relógio manual, a corda tem limite de carga pois está presa à parte

interna do tambor, num relógio automático como se carrega com o movimento,

não tem limite de carga para não danificar o relógio, logo “o ponto de contacto

entre a corda e o tambor não é totalmente fixo” (Passarelli, 2005).

O contacto entre a corda e o tambor é feito por uma brida deslizante, a

brida vai deslizando de modo a que a corda não exceda o seu limite de

resistência mecânica. O atrito da brida com a paredes do tambor tem que ser

bem calculado, de modo a que a corda possa ser totalmente enrolada sem que

a brida deslize e, ao mesmo tempo, que deslize antes da corda atingir o limite

da sua resistência mecânica (Passarelli, 2005).

Apesar disto, a maioria dos relógios automáticos possui um sistema

auxiliar de corda e coroa, sendo importante entender que este sistema é

somente auxiliar, não tendo sido idealizado a fim de ser usado diariamente.

Nestes relógios, este sistema só é usado quando o relógio está completamente

parado, e se dá corda total. A partir desse momento, basta colocar o relógio no

pulso e usá-lo normalmente, e o movimento do pulso irá carregá-lo

constantemente.

Figura 9: Constituição da corda



O sistema de engrenagens tem como função transportar a energia da

corda para o escapamento. Este é constituído por 4 rodas, sendo a quarta

chamada de roda dos segundos, e tendo esta a função de impelir para diante o

escapamento.

O escapamento tem como função regular a velocidade, se não fosse o

seu funcionamento a corda iria ser desenrolada muito rapidamente, pois o

escapamento bloqueia e liberta o desenrolamento da corda algumas vezes por

segundo.

O escapamento é composto por uma roda de escape, uma âncora e um

balanço.

A roda de escape é

composta por dentes que têm

como objetivo impulsionar a

âncora, enquanto esta, é feita

para bloquear os dentes da roda

de escape. O balanço é o

responsável por coordenar este

ciclo de bloqueio e libertação.

Este ciclo resulta da força que é exercida na corda que passa desde a

roda central até chegar ao balanço e impulsioná-lo. Após o impulso ser

recebido, o balanço gira numa direção até que a força da sua mola o obrigue a

Figura 10: Sistema de engrenagens e escapamento

Figura 11: Escapamento



rodar no sentido contrário. Este movimento suscita o desbloqueio da âncora e

promove a recepção de outro impulso, até que a mola resista e o balanço

comece a rodar no outro sentido.

Este ciclo permanece até que não haja mais energia na corda para o

impulsionar. Nesse momento, o relógio pára e requer que se dê corda

novamente.

Concluindo, este ciclo controla a velocidade de rotação de todas as

rodas de modo a que o tempo marcado seja o correto (Passarelli, 2005).

4.5. Relógio de Pêndulo

O relógio de pêndulo é um caso particular do relógio

mecânico e usa um peso que oscila em torno de um ponto

fixo, o pêndulo.

No século XVI, Galileu Galilei estudou a regularidade

no movimento de um pêndulo, no entanto, a invenção do

relógio de pendulo é atribuída a Christiaan Huygens.

Em 1583, Galileu assistia a uma missa na Catedral

de Pisa quando reparou no movimento dos candeeiros da

Catedral. No entanto, só em 1602, concluiu que o período -

tempo em que o pendulo oscila para frente e para trás -

é independente da amplitude, introduzindo assim o

conceito de isocronismo. Por esta mesma razão,

verificou-se que o pêndulo pode ser utilizado como temporizador de um relógio.

Mas os relógios de pendulo só podem ser utilizados estacionariamente visto

que qualquer movimento ou aceleração afectará o movimento do pendulo.

Além disto, Galileu descobriu que o quadrado do período é proporcional ao

comprimento do fio do pendulo. [4] , (Heldon, 1995)

Em 1637, Galileu teve uma ideia para a construção do relógio de

pendulo que foi parcialmente construído em 1649 pelo seu filho Vincenzo. No

entanto viria a falecer antes de a finalizar. Em 1656, Huygens, inspirado pelos

feitos de Galileu, inventou o relógio de pendulo e patenteou-o no ano seguinte.

Figura 12: Movimento de um

pêndulo



No entanto, contratou o relojoeiro Salomon Coster para o construir. Nas suas

investigações, Huygens descobriu que oscilações de grandes amplitudes

tornavam o relógio impreciso devido às alterações inevitáveis de forças no

movimento que fazem variar o período oscilatório e, consequentemente,

atrasam ou adiantam o relógio. Deste modo, concluiu que um pendulo é

isócrono apenas com oscilações de pequenas amplitudes. Esta descoberta

possibilitou a invenção de mecanismos mais desenvolvidos. (Leite, 2011)

A introdução do pêndulo, reduzindo as amplitudes para 4º-6º, aumentou

a precisão dos relógios enormemente, de cerca de 15 minutos por dia para 15

segundos por dia. Devido ao relojoeiro William Clement e ao cientista Robert

Hook, a âncora tornou-se o escapamento padrão no qual a roda dentada,

puxada pelo peso, actuava sobre o pendulo. (Woodford, 2014)

Desde a sua invenção até ao século XX, o relógio de pendulo foi o

relógio mais usado e mais preciso. O relógio de pendulo foi apenas

ultrapassado pelo relógio de quartzo e pelo relógio atómico mas continua a ser

dos mais importantes devido ao seu valor artístico.

O relógio de pendulo é constituído por

cinco elementos principais:

a face e os ponteiros do relógio para indicar o

tempo;

um peso que contem energia potencial e

libera-a para o mecanismo do relógio,

enquanto cai gradualmente;

um conjunto de engrenagens que aproveita a

energia da queda do peso para dirigir o

mecanismo do relógio à velocidade correta;

um conjunto de engrenagens de

cronometragem que impulsionam

correctamente os diferentes ponteiros às

diferentes velocidades;

o pendulo e o escape que regulam a passagem do tempo, controlando a

velocidade do relógio e fornecendo a energia para que continue a girar;

(Woodford, 2014)

Figura 13: Mecanismo básico de um relógio de

pêndulo



O mecanismo de escape é o elemento indispensável no funcionamento

do relógio uma vez que regula a passagem do tempo, controlando a velocidade

com que a corda do relógio é desenrolada. Este mecanismo é composto por:

roda de escape (roda dentada), ancora e balanço. A roda dentada precisa de

fornecer a energia necessária para que o pendulo continue a oscilar. Para tal,

os dentes da roda libertam-se e o pendulo é impulsionado pela âncora na

direcção correta.

4.6. Relógio de Quartzo

O relógio de quartzo, desenvolvido em

1969, revolucionou a relojoaria convencional.

[5]

Na grande maioria dos relógios

produzidos hoje, a contagem do tempo é feita

através das vibrações de um minúsculo cristal

de quartzo.

Tudo começou em 1880 com a

descoberta dos irmãos Pierre e Jacques

Curie de uma propriedade singular de certos

cristais como o quartzo, o topázio, a turmalina, entre outros que lhes permite

gerar pulsos elétricos quando submetidos a uma pressão física e vibrar

fisicamente quando atravessados por uma corrente elétrica - propriedade

piezoelétrica.

Deste modo, o cristal de quartzo, cortado na forma de um garfo de

diapasão, é alimentado por uma carga elétrica e, posteriormente produz

exatamente 32 768 vibrações por segundo. [6]

Estes pulsos são transmitidos a um processador, um circuito eletrónico

que recebe os pulsos emitidos pelo cristal e os divide em centésimos,

segundos e minutos. No caso de o relógio ser digital, estes pulsos são

Figura 14: Principais componentes de um relógio

de quartzo



transmitidos ao mostrador digital. Se o relógio for analógico esses impulsos

regulam um pequeno motor que move as engrenagens dos ponteiros.

Em 1927, o engenheiro de telecomunicações Warren Marrison

transpondo o princípio da piezoeletricidade para a prática, construiu um relógio.

Surgiu então o primeiro relógio de quartzo.

Embora o mecanismo por detrás dos relógios de quartzo seja

extremamente preciso há algum atrito ou arrasto, o que provoca um desajuste

de 1 milésimo de segundo por dia. Contudo, este fator é minimizado quando o

relógio é mantido na temperatura mais desejável.

Os relógios de quartzo apresentam vantagens em relação aos outros

tipos de relógios, por isso é que são, atualmente, muito utilizados. Entre elas

destacam-se:

Alimentação por uma pilha e não por corda, o que o torna mais prático;

Precisão e estabilidade (uma pequena peça de quartzo oscila a 32.768

vibrações por segundo para garantir a precisão do tempo, que explica o

facto destes relógios se atrasarem, por dia, apenas cerca 10 milésimos

de segundo);

O facto de ter uma bateria duradoura, que necessita de ser trocada

apenas ao fim de um ou dois anos.

Figura 15: Relógios de Quartzo



4.7. Relógio Digital

O primeiro relógio digital foi inventado em 1883 pelo engenheiro

austríaco Josef Pallweber. A maioria dos relógios digitais funcionam através de

meios eletrónicos, no entanto, também podem funcionar através de meios

mecânicos (neste último caso, são ainda chamados digitais devido ao visor

digital, no qual se vêm as horas).

Para estes tipos de relógio funcionarem, é necessária uma fonte de

energia (como por exemplo uma bateria, uma pilha ou corrente elétrica

transmitida pela tomada), um mecanismo digital que está encarregue do

funcionamento do relógio e um visor, geralmente LED (light emitting diodes) ou

LCD (liquid crystal display). (HowStuffWorks, 1998-2015). O mecanismo é

composto por algo que gera impulsos elétricos com uma frequência constante

(estes impulsos podem ser gerados por cristais, como por exemplo um cristal

piezoelétrico ou, até mesmo pela corrente elétrica). Posteriormente, no divisor

de frequência, o número de impulsos é dividido pela frequência do impulso e é

obtido o número de pulsos por segundo, controlando assim o tempo. A

contagem dos minutos e das horas é feita através de contadores

especializados para esse efeito. (Instituto Newton C Braga, 2014)

Este tipo de relógio é, atualmente, muito utilizado, já que são dispositivos

pequenos, baratos e precisos. Por esta razão, podem ser encontrados em

todos os tipos de dispositivos eletrónicos como televisões, eletrodomésticos,

telemóveis…

Figura 16: Esquema sobre o funcionamento básico de um relógio digital



4.8. Relógio Atómico

O primeiro relógio

atómico apareceu em 1949

nos Estados Unidos.

Uma versão primária,

baseada na transição do

átomo de césio-133 foi

construída por Louis Essen

em 1955 no Reino Unido.

Comparado ao relógio

de quartzo, o relógio atómico

tem a diferença de ser

acertado constantemente por

átomos de césio 133 (que explicação mais à frente), por isso, estes relógios

praticamente não se atrasam ou adiantam. À medida que os de quartzo erram,

por dia, aproximadamente 10 milésimos de segundo, os atómicos precisariam

de 138 milhões de anos para falhar num segundo, e mesmo essas pequenas

incorreções são eliminadas.

Para que os acertos sejam feitos, os átomos de césio são estimulados

por ondas magnéticas e microondas para que se passem a mover

agitadamente e atravessem um tubo de alto vácuo.

Primeiramente, entram num

campo magnético que seleciona os

átomos que absorveram as radiações

com 9 192 631 770 hertz. A frequência

é emitida em valores superiores e

inferiores ao desejado, contudo, devido

à continuidade da radiação, está

assegurado o lançamento do valor

pretendido.

Um oscilador de quartzo que

Figura 17: Relógio Atómico

Figura 18: Relógio Atómico em Miniatura

https://pt.wikipedia.org/wiki/Reino_Unido



serve de pendulo para marcar o tempo, absorve energia, sendo impossível

perder velocidade e assim ajusta o mecanismo. Na extremidade do tubo, um

íman separa os átomos que se encontram num estado excitado dos que não

estão. Depois de identificada a frequência pretendida proporcional ao número

de partículas de césio que ali chegaram, esse valor é dividido por ele próprio

para resultar um pulso por segundo que é marcado pelo relógio com precisão.

O processo é repetido sempre.

4.8.1. Cécio 133:

Elemento químico que se localiza no grupo 1 da Tabela Periódica, metal

alcalino dúctil e muito reativo. Foi descoberto por Robert Bunsen e Gustav

Kirchhoff em 1860 por análise espectral.

Símbolo Químico: Cs

Número Atómico: 55

Massa atómica: 132,905 g mol-1

Configuração eletrónica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2

5p6 6s1

Figura 19: Campo magnético aplicado ao Cécio



É um metal muito usado em células fotoelétricas, catalisadores, medicina

oncológica, propulsão iónica, etc…

Isótopos: Este elemento possui diversos isótopos. Todavia, apenas

referiremos o 133Cs, com 78 neutrões cujas transições são usadas como

padrão científico de tempo.

4.8.2. Método de Aplicação (GPS):

O sistema GPS é o “Sistema que usa ondas de rádio para nos permitir

descobrir a nossa localização onde quer que estejamos. Foi desenvolvido

originalmente pelo departamento de defesa para guiar aviões quando

sobrevoam o mar. Atualmente qualquer indivíduo possui um recetor que o

permite localizar-se.” (Kevin, 2006)

O Sistema de Posicionamento Global é baseado em 24 satélites que

orbitam a Terra. Um recetor usa a posição de quatro, um para acertar os

relógios e os outros três para definirem a sua posição.

O primeiro satélite emite um sinal com a sua posição e a hora a que este

foi emitido. O GPS multiplica o tempo decorrido na viagem pela velocidade da

luz e descobre assim a distância percorrida. Assim traça-se uma esfera

imaginária à volta do emissor que delimita onde o recetor se pode encontrar.

Repetindo o processo para mais dois satélites próximos, as esferas intersetar-

se-ão em apenas um ponto, extraindo, assim, com alguma precisão onde o

recetor se encontra – Método da trilateração.

Os relógios usados são atómicos pois estes são os que repercutem

menor erro, que neste dispositivo implicaria quilómetros de imperfeição.

Figura 20: Método da trilateração



5. A Utilização do Relógio em Casa

Atualmente, devido à grande sincronização do mundo, o Homem vive,

constantemente, apressado e pressionado com o tempo, logo, tem

necessidade de o controlar, esteja onde estiver, incluindo em casa (precisa de

saber as horas para poder, por exemplo, saber quando sair de casa para

chegar a um compromisso no tempo certo). É aqui que entram os relógios, uma

vez que permitem ao Homem controlar o tempo de um modo sincronizado com

o resto do Mundo. No entanto, nem todos os relógios são adequados para

todas as situações, já que as suas características básicas como preço,

tamanho e precisão variam muito mediante o tipo de relógio. Devido à

necessidade do Homem de controlar o tempo de um modo preciso, alguns

tipos de relógio (principalmente os mecanismos mais antigos e menos

desenvolvidos, como o relógio de sol, de água e de areia) praticamente já não

são utilizados devido à falta de precisão que estes relógios têm.

Este capítulo estará mais focado nos tipos de relógios que são, ou não,

adequados para utilizar em casa. Para serem adequados para este uso, e não

precisando de ser os melhores nestas categorias, os relógios necessitam de

ser precisos, baratos e de reduzidas dimensões.

No que toca à precisão, os relógios já referidos anteriormente não são

adequados pois são muito pouco precisos e, por isso, não são fiáveis (no caso

do relógio de sol, ainda é impossível a sua utilização devido à inexistência de

luz solar direta na maioria das casas).

Avaliando a precisão, seria de esperar que o relógio atómico fosse uma

boa alternativa devido à sua grande precisão (é o tipo de relógio mais preciso

que existe atualmente), no entanto, as suas grandes dimensões e,

principalmente o seu elevado custo (já que atualmente começam a ser

desenvolvidos relógios atómicos de dimensões muito mais reduzidas)

inviabilizam a sua utilização nas casas.

Depois de pormos de lado estes relógios, aqueles que sobram são o

mecânico, o de pêndulo (caso particular do relógio mecânico), o de quartzo e o

digital. Todos estes são alternativas possíveis e exemplares destes tipos de

relógios estão espalhados por casas de todo o mundo, uma vez que são



bastante precisos, baratos e de tamanho

muito reduzido, ou, pelo menos, razoável.

Estes relógios podem estar em vários locais

da casa, como por exemplo, numa parede,

mas, atualmente, o tipo de relógio

encontrado, de um modo mais comum nas

casas é o relógio digital, uma vez que quase

todos os electrodomésticos e dispositivos

produzidos hoje em dia possuem um relógio

digital.

De referir ainda que, muitas vezes, os

relógios cumprem mais funções do que

simplesmente permitir marcar as horas, como

é o caso de muitos relógios, nomeadamente

os de pêndulo, que podem ter uma dimensão

artística e decorativa.

Figura 21: Relógio de pêndulo com efeito decorativo

Tabela 1: Principais características de relógios e a sua adequação no uso

doméstico



6. Conclusão

A relojoaria sofreu grandes transformações que vieram a responder às

diferentes necessidades dos povos de cada época.

Cada vez possuímos relógios mais precisos e com designs mais

modernos. Os relógios evoluíram, de instrumentos pouco rigorosos para

mecanismos muitíssimo precisos. Hoje em dia, têm, não só a função de

controlar o tempo, mas, muitas vezes, também um objetivo artístico e

estilístico. Contrariamente à ideia de que os relógios, como pequenos objetos,

não possuem qualquer tipo de processo complexo, estes são portadores de

uma brilhante mecânica e merecem toda a nossa admiração.

Certos mecanismos não são adequados a determinados espaços, ou

utilizações. Mas nenhuma casa funcional se rege sem um relógio, e

consequentemente, sem o trabalho da engenharia mecânica.

Tão ou mais importante que a melhor compreensão do funcionamento,

história e importância dos relógios, foi desenvolver técnicas de redação de

relatórios, capacidades de entreajuda, autonomia, trabalho de equipa e de

cumprir prazos que, certamente, serão úteis para o nosso futuro académico e

profissional.



Referências Bibliográficas

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[19] URL: http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/3901-art532. Acedido a 4 de Outubro de 2015.



[20] URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_clock#cite_note-1. Acedido a 4 de Outubro de 2015.

[21] Melanie Grunkraut. URL: http://www.coopermiti.com.br/coopermiti_admin/pdfs/9ce89b7041880eb2996000b7ddac03b2.pdf. Acedido a 4 de Outubro de 2015.

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[23] Ian McDermott, 2007, “Além da Lógica”. Acedido a 8 de Outubro de 2015.

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[29] Chris Woodford,2014, “Pendulum clocks”. Disponível em: http://www.explainthatstuff.com/how-pendulum-clocks-work.html. Acedido a 14 de Outubro de 2015.

[30] Adriano R. Passarelli, 2005, Artigo publicado na revista “Pulso n°38”, de Maio. Disponível em: http://www.tempusrerumimperator.net/artigos/mecanico/mecanico.html. Acedido a 12 de Outubro de 2015.

[31] George Woodcock, 1972, “A Rejeição da Política”. Acedido a 4 de Outubro de 2015.

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[33] Daniel Radeck,2012. Vídeo: “How a mechanical watch works”. URL: https://www.youtube.com/watch?v=QAVs1Iqk4kI. Acedido a 12 de Outubro de 2015.

[34] Video: “How an atomic clock works, and its use in the global positioning system (GPS)”. URL: https://www.youtube.com/watch?v=p2BxAu6WZI8. Acedido a 11 de Outubro de 2015.

[35] Vídeo: “Global Positioning System, Canal: Federation of Galaxy Explorers”, URL: https://www.youtube.com/watch?v=wi_3XwkA8cQ. Acedido a 11 de Outubro de 2015.



Referências Bibliográficas das Imagens:

Figura 1: Retirada de http://renataquartieri.blogspot.pt/. Acedido a 15 de Outubro de 2015

Figura 2: Retirada de http://www.laparola.com.br/a-ditadura-do-relogio. Acedido a 15 de Outubro de 2015

Figura 3: Retirada de http://www.fashionbubbles.com/. Acedido a 15 de Outubro de 2015

Figura 4: Retirada de http://casabibliofilia.blogspot.pt/. Acedido a 15 de Outubro de 2015

Figura 5: Retirada de http://www.historyofinformation.com/. Acedido a 15 de Outubro de 2015

Figura 6: Retirada de https://pt.wikipedia.org/wiki/Ampulheta. Acedido a 15 de Outubro de 2015

Figura 7: Retirada de http://www.relogiosmecanicos.com.br/. Acedido a 13 de Outubro de 2015

Figura 8: Retirada de http://s41.photobucket.com/. Acedido a 15 de Outubro de 2015

Figura 9: Retirada de http://www.acrisoft.com. Acedido a 24 de Outubro de 2015

Figura 10: Retirada de http://www.tempusrerumimperator.net /artigos /mecanico/mecanico.html. Acedido a 13 de Outubro de 2015

Figura 11: Retirada de: http://www.acrisoft.com. Acedida a 24 de Outubro de 2015

Figura 12: Retirada de http://parquedaciencia.blogspot.pt/. Acedido a 15 de Outubro de 2015

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Figura 15: Retirada de http://www.adorojoias.com.br/. Acedida a 28 de Outubro de 2015

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Figura 17: Retirada de http://tf.nist.gov/cesium/atomichistory.htm. Acedida a 23 de Outubro de 2015

Figura 18: Retirada de http://tf.nist.gov/cesium/atomichistory.htm. Acedida a 23 de Outubro de 2015

Figura 19: Retirada do vídeo: “How an atomic clock works, and its use in the global positioning system (GPS)” URL: “https://www.youtube.com/watch?v=p2BxAu6WZI8”. Acedido a 11 de Outubro de 2015

Figura 20: Retirada de https://www.oficinadanet.com.br. Acedido a 15 de Outubro de 2015

Figura 21: Retirada de pt.wikipedia.org/wiki/Relógio_de_pêndulo. Acedido a 28 de Outubro de 2015

http://www.acrisoft.com/aula_relojoeiro

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