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A RESSONÂNCIA

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1. Definição e princípio

A ressonância é um fenômeno físico pelo qual dois osciladores mecânicos de frequências vizinhas, colocadas na presença de um acoplamento fraco, tendem a sincronizar as suas oscilações em oposição de fase. Aplicado à relojoaria, este princípio permite que dois balanços-espirais colocados num mesmo movimento se influenciem mutuamente de forma a estabilizar as suas oscilações. O relógio de ressonância está classificado entre as complicações de precisão. Procura melhorar a regularidade de marcha não suprimindo as perturbações, mas neutralizando-as através de uma compensação dinâmica entre os dois órgãos reguladores. Esta abordagem é fundamentalmente diferente da do tourbillon, que compensa os efeitos da gravidade através da rotação, ou do remontoir d’égalité, que isola o órgão regulador das irregularidades do barrilete.

2. A origem: a observação de Huygens

O fenómeno de ressonância entre osciladores foi descrito pela primeira vez pelo físico neerlandês Christiaan Huygens em 1665. Observando dois pêndulos suspensos na mesma viga, ele constatou que, após algum tempo, as suas oscilações se sincronizavam espontaneamente. Notou que essa sincronização se estabelecia em oposição de fase: as duas massas oscilavam em sentido contrário uma à outra. Huygens atribuiu este fenómeno à transmissão de impulsos ínfimos através da viga comum. A ressonância resultava, segundo ele, de uma troca de energia lenta e contínua entre os dois osciladores. Esta explicação foi confirmada pela análise mecânica posterior. Na relojoaria, o mesmo princípio aplica-se quando dois balanços-espirais são montados num movimento cujo suporte mecânico partilham.

3. O mecanismo de sincronização

A sincronização em oposição de fase entre dois osciladores acoplados explica-se pela troca de energia que ocorre entre eles. Quando dois balanços oscilam no mesmo sentido, os seus efeitos sobre a estrutura comum somam-se. Quando oscilam em sentidos opostos, esses efeitos anulam-se. O estado de oposição de fase é, portanto, o único estado estável do sistema: é ele que minimiza a energia transmitida ao suporte. Qualquer perturbação externa que afete a estrutura é, assim, sentida simultaneamente pelos dois balanços, mas em sentidos opostos. Os desvios induzidos compensam-se mutuamente, em vez de se acumularem. É essa propriedade que confere ao relógio de ressonância uma melhor resistência aos choques e às perturbações mecânicas do que teria um único balanço. A estabilidade da frequência de conjunto é, assim, superior à de cada oscilador considerado separadamente.

4. Condições necessárias para a ressonância

Para que a ressonância se estabeleça, duas condições devem ser simultaneamente cumpridas. Em primeiro lugar, os dois balanços-espiraisdevem apresentar frequências próprias extremamente próximas, idealmente idênticas. Uma diferença de frequência demasiado grande impede a sincronização. Na prática, os dois órgãos reguladores devem estar regulados a algumas frações de segundo por dia um do outro antes que a ressonância intervenha para corrigir o resto. Em segundo lugar, o acoplamento entre os dois osciladores deve ser fraco. Um acoplamento demasiado forte tornaria os dois balanços mecanicamente solidários e privá-los-ia da sua independência oscilatória. Um acoplamento demasiado fraco não transmitiria os impulsos necessários à sincronização. A busca desse acoplamento ideal é um dos desafios centrais da conceção de um relógio de ressonância.

5. O acoplamento entre osciladores

Num relógio de ressonância, o acoplamento entre os dois balanços pode estabelecer-se por várias vias. O primeiro modo de acoplamento é a transmissão mecânica através da estrutura comum: a platinae as pontes constituem o caminho de propagação dos impulsos de um oscilador para o outro. É o modo de acoplamento mais difícil de dominar, pois depende da rigidez e da geometria de todo o Movimento. O segundo modo consiste em ligar os dois osciladores por um órgão dedicado, como uma mola de acoplamento. Essa mola, de uma finura extrema, transmite os Impulsos com uma intensidade calculada. Ela oferece um acoplamento definido e reprodutível, independente da estrutura. Uma terceira via é o acoplamento pelo ar, teoricamente possível, mas dificilmente explorável nas dimensões de um Movimento de relógio. Na prática, as realizações modernas recorrem a uma mola de acoplamento calibrada para garantir a robustez e a reprodutibilidade da Ressonância.

6. Vantagens cronométricas

A Ressonância confere ao relógio várias vantagens cronométricas concretas. A primeira é a resistência aumentada aos choques mecânicos. Em oposição de fase, os efeitos de um impulso exterior sobre os dois balanços compensam-se, sem acumular erro de marcha duradouro. A segunda vantagem é a estabilidade de frequência. Dois osciladores acoplados em ressonância apresentam uma frequência comum mais estável do que a de cada oscilador isolado. As flutuações internas de um tendem a ser amortecidas pelo outro. A terceira vantagem é a correção mútua e contínua dos dois órgãos reguladores. Se um deles desviar ligeiramente, a ressonância exerce sobre ele uma força de retorno em direção à frequência comum. Estas vantagens são particularmente percetíveis em condições de uso ativo, quando o relógio é submetido a choques e a mudanças de posição frequentes. A ressonância melhora, assim, a precisão nas condições reais de utilização, o que a distingue claramente das outras complicações de precisão.

7. Realizações históricas

As primeiras tentativas de aplicação da Ressonância à relojoaria portátil remontam ao final do século XVIII. O Relojoeiro francês Antide Janvier realizou relógios de duplo Balanço tirando partido do fenômeno de Ressonância. Ferdinand Berthoud, outro grande Relojoeiro francês da mesma época, também se interessou por este princípio no âmbito dos seus trabalhos sobre relógios marítimos de alta precisão. Estas realizações permaneceram, no entanto, confidenciais e sem descendência direta. A dificuldade de regular dois Órgãos reguladores suficientemente próximos em Frequência, com as técnicas de usinagem do século XVIII, constituía um obstáculo importante. Foi preciso esperar pelos progressos da Micromecânica moderna para que a Ressonância relojoeira se tornasse uma Complicação verdadeiramente dominada e reprodutível.

8. Realizações contemporâneas e dificuldades de concepção

A retomada contemporânea da Ressonância relojoeira data do final do século XX. Foi possibilitada pelos progressos das técnicas de fabricação, nomeadamente a possibilidade de produzir dois espirais quase idênticos e de os regular com uma precisão sub-segundo por dia. A principal dificuldade de conceção reside na obtenção de dois balanços-espirais de frequências suficientemente próximas. Um desvio superior a duas ou três segundos por dia entre os dois órgãos é geralmente eliminatório para o estabelecimento de uma ressonância estável. A conceção do acoplamento constitui o segundo grande desafio. Uma mola de acoplamento demasiado rígida transforma os dois balanços num único oscilador e anula o efeito de ressonância. Demasiado flexível, não transmite os impulsos necessários. A geometria do movimento deve, além disso, ser estudada para que os dois balanços partilhem condições mecânicas rigorosamente simétricas. A montagem e a regulação de um relógio de ressonância exigem uma perícia rara e um tempo de trabalho considerável, o que explica a extrema raridade desta complicação.