A física que explica por que o primeiro relógio da América falhou

Dec 05, 2023

Durante quase três séculos completos, a forma mais precisa pela qual a humanidade controlou o tempo foi através do relógio de pêndulo. Desde o seu desenvolvimento inicial no século XVII até à invenção dos relógios de quartzo na década de 1920, os relógios de pêndulo tornaram-se elementos básicos da vida doméstica, permitindo às pessoas organizar os seus horários de acordo com um padrão universalmente acordado. Inicialmente inventados na Holanda por Christian Huygens em 1656, seus primeiros designs foram rapidamente refinados para aumentar significativamente sua precisão, onde logo se tornou rotina para os relógios de pêndulo manterem o tempo com precisão dentro de uma tolerância de apenas ~2 segundos por dia. .

Mas quando o primeiro relógio de pêndulo foi trazido para as Américas, algo bizarro aconteceu. O relógio, que funcionou perfeitamente bem para manter a hora precisa na Europa, foi inicialmente sincronizado com fenômenos astronômicos conhecidos, como pôr do sol/nascer do sol e pôr da lua/nascer da lua. Mas depois de apenas uma ou duas semanas nas Américas, ficou claro que o relógio não estava marcando a hora corretamente. O primeiro relógio na América foi um fracasso total, mas isso é apenas o começo de uma história que revolucionaria a nossa compreensão da física e da gravitação do planeta Terra.

Durante milhares de anos, os cientistas não tiveram um método melhor para marcar o tempo do que o antigo relógio de sol. Mas a partir do início dos anos 1600, as investigações científicas sobre o pêndulo oscilante - e, em particular, a observação de Galileu de que o período de um pêndulo era determinado apenas pelo seu comprimento - levaram à ideia de que um pêndulo poderia teoricamente ser usado como um relógio. Não dependeria da espessura do pêndulo em si, da massa do peso na sua extremidade ou do ângulo em que o pêndulo fosse levantado; apenas o comprimento do pêndulo importava para o seu período. Galileu discutiu a ideia em 1637 e, embora tenha morrido em 1642, a ideia não só sobreviveria, mas influenciaria uma geração de cientistas que acabava de se desenvolver.

Em 1656, trabalhando na Holanda, Christiaan Huygens inventou o primeiro relógio de pêndulo funcional, que era ao mesmo tempo primitivo e revolucionário em vários aspectos. Nas décadas seguintes, foram feitos refinamentos que melhoraram ainda mais o relógio de pêndulo, incluindo:

Todas estas inovações foram feitas antes de 1700: um conjunto notável de avanços num curto espaço de tempo. A maior “fonte de erro” remanescente que ocorreu com esses relógios de pêndulo foi devido às mudanças de temperatura: o comprimento do pêndulo aumentaria ou diminuiria à medida que os materiais de que eram feitos se expandissem termicamente ou se contraíssem de maneira dependente da temperatura. Ao desenvolver um pêndulo com compensação de temperatura – onde o período de oscilação não mudava mesmo com a temperatura – os relógios de pêndulo poderiam ter precisão de apenas alguns segundos por semana. O primeiro relógio construído nos Estados Unidos só ocorreria muitas décadas depois desse avanço e, portanto, as primeiras tentativas de marcar a hora nas Américas dependeriam de dispositivos importados da Europa.

Foi aqui que surgiu o grande enigma da cronometragem: quando o primeiro relógio de pêndulo foi trazido da Europa para a América. O relógio, construído e calibrado na Holanda, era extremamente preciso. Os horários do pôr do sol/nascer do sol e do pôr da lua/nascer da lua foram precisos durante semanas, com as estrelas nascendo e se pondo dentro de um minuto do horário previsto, sem qualquer necessidade de calibração adicional até que aproximadamente um mês inteiro tivesse passado.

Mas ao chegar à América, o relógio deu corda, começou a contar e, em muito pouco tempo, tudo começou a dar errado.

Dentro de uma única semana, as pessoas notaram que o Sol e a Lua não estavam nascendo ou se pondo nos horários previstos, de acordo com este novo relógio. Além disso, o descompasso piorava a cada dia que passava. Embora o relógio devesse ter uma precisão - na época - de cerca de 2 segundos por dia, ou cerca de 15 segundos por semana, observou-se que ele estava lento em mais de 30 segundos por dia. No final da primeira semana, o erro diminuiu cerca de 4 a 5 minutos, um erro lamentavelmente inaceitável.