Il bilanciere di un orologio meccanico batte quattro volte al secondo. Quasi settecentomila alternanze al giorno, ciascuna strappata a un fluido che si dimentica perché è trasparente. Il bilanciere respinge l'aria, ne trascina con sé una parte, la lascia ricadere e ricomincia. in riva al mare nessuno se ne preoccupa. Sulla cima dell'Everest, dove l'atmosfera pesa appena un terzo di quanto pesa a Brest, la domanda diventa legittima: che cosa fa davvero un orologio meccanico in quota?
La risposta che circola sui forum e su alcuni calcolatori online ha il merito di essere semplice. Annuncia un anticipo di tanti secondi ogni mille metri, come se il segnatempo obbedisse a una regola del tre. Ciò che dicono i laboratori è più interessante, e decisamente meno comodo.
L'EPFL, Asulab e l'aria trascinata dal bilanciere
Presso il Laboratorio di meccanica dei fluidi e instabilità dell'EPFL, il professor François Gallaire ha condotto con Thierry Hessler, di Asulab, la divisione di ricerca dello Swatch Group, un progetto dal titolo insolitamente modesto: «Effetto dell'aria trascinata sulla frequenza propria di un bilanciere con spirale». Il titolo basta già a spostare il problema: l'aria che circonda il bilanciere non è neutra. È noto da tempo, scrivono i due uomini, che la marcia di un orologio varia con la pressione atmosferica. Un secondo al giorno sembra irrisorio. Per un movimento meccanico, tuttavia, è un margine minuscolo: a ogni oscillazione, il bilanciere deve riprodurre quasi esattamente lo stesso movimento. A questa scala, anche l'aria conta. Il bilanciere la respinge, ne trascina con sé una piccola quantità e incontra una resistenza che varia con la sua densità. È questo fenomeno, invisibile al polso, che i ricercatori dell'EPFL e di Asulab hanno cercato di misurare e modellizzare, osservando anche l'influenza degli elementi che circondano il bilanciere all'interno del movimento. Un bilanciere non batte in un'atmosfera astratta: batte nel poco d'aria racchiusa sotto un vetro.
Resta la domanda che tutti pongono. In quota, l'aria si rarefà. Il bilanciere incontra quindi meno resistenza e può oscillare con un'ampiezza leggermente diversa. Meno aria, dunque meno smorzamento, dunque più ampiezza: fin qui, la fisica è docile. Ma ciò non significa che l'orologio anticiperà sistematicamente. Tutto dipende da come il suo movimento reagisce a questa variazione di ampiezza. Gli orologiai parlano di isocronismo: in teoria, una grande oscillazione dovrebbe durare esattamente quanto una più piccola. Nella realtà, nessun movimento è perfettamente indifferente a queste variazioni. Ogni calibro ha quindi un proprio comportamento.
A seconda della regolazione, della spirale e dello scappamento, una stessa ascensione potrà così provocare un leggero anticipo su un orologio e un ritardo su un altro. A ciò si aggiungono il freddo, la posizione al polso, lo stato della lubrificazione o ancora il magnetismo. In altre parole, nessuno può prevedere seriamente che cosa farà il Suo orologio a 4 000 metri in base alla sola altitudine. È meno spettacolare di una formula bell'e pronta, ma molto più vicino alla realtà.
Riefler e Shortt: la precisione attraverso il vuoto
Gli orologiai non hanno aspettato l'EPFL per diffidare dell'atmosfera. Hanno semplicemente affrontato il problema con le maniere forti, eliminando l'aria.
A Monaco, già alla fine degli anni 1880, Siegmund Riefler racchiude i suoi regolatori astronomici in casse stagne mantenute a pressione ridotta, con compensazione barometrica integrata. Nel 1921, l'ingegnere britannico William Hamilton Shortt si spinge ancora oltre. Il suo orologio a pendolo libero, la Shortt-Synchronome, sospende il pendolo master in un involucro sotto vuoto e smette quasi di toccarlo: un impulso elettromagnetico di tre decimi di secondo ogni trenta secondi, e il pendolo resta libero per il resto del tempo, ovvero il novantanove per cento della sua esistenza. L'oggetto è servito da riferimento agli osservatori per oltre vent'anni, da Edimburgo a Greenwich. Nel 1984, l'US Naval Observatory ha tirato fuori una Shortt e l'ha confrontata con un orologio atomico: un secondo di errore in dieci anni.
Una parte della ricerca di precisione meccanica del XX secolo è consistita dunque nel sottrarre l'oscillatore all'atmosfera anziché nel convivere meglio con essa. L'aria non si compensa, si evacua. L'orologio da polso non ha mai avuto questo lusso. Il suo bilanciere batte nell'aria ambiente, e quest'aria cambia con il tempo meteorologico tanto quanto con l'altitudine: un orologio appoggiato su un tavolo subisce variazioni di pressione senza essersi spostato di un metro. Tra l'osservatorio sotto vuoto e la cima himalayana la scala cambia, ma il problema resta lo stesso: il mezzo in cui oscilla il regolatore non è una costante.
Come la NASA ha spinto l'Omega Speedmaster fuori dall'aria
Un solo cronografo meccanico è stato spinto fino in fondo a questa logica, e non era un orologio da alpinismo.
Il 1° marzo 1965, la NASA qualifica l'Omega Speedmaster per il volo con equipaggio. Per riuscirci, il cronografo deve superare una serie di prove particolarmente severe: umidità, atmosfera ricca di ossigeno, urti, vibrazioni, rumore, temperature estreme e pressione bassissima. Per riuscirci, il cronografo deve superare una serie di prove particolarmente severe: umidità, atmosfera ricca di ossigeno, urti, vibrazioni, rumore, temperature estreme e pressione bassissima. Un milionesimo di atmosfera: accanto a questo, la cima dell'Everest è un salotto ben riscaldato. La Speedmaster esce tuttavia da questa campagna in stato di funzionamento, il che contribuisce alla sua qualificazione da parte della NASA. I cronografi concorrenti di Rolex e Longines-Wittnauer sottoposti alle stesse prove non hanno superato tutti l'insieme delle verifiche. Come non rilevare l'ironia: l'unico segnatempo meccanico di cui si sappia esattamente come si comporta quando l'aria scompare è un cronografo concepito non per l'alpinismo ma per cronometrare corse automobilistiche.
Favre-Leuba Bivouac, 1962: l'orologio meccanico che misurava l'altitudine
Esiste tuttavia una famiglia di segnatempo che non subisce la pressione, ma la legge.
Nel 1962, Favre-Leuba presenta la Bivouac, primo orologio da polso meccanico a riunire un barometro e un altimetro. Il principio risiede in una capsula aneroide, piccola fisarmonica metallica sigillata che si dilata quando l'aria si rarefà e si contrae quando si addensa. Il suo movimento è trasmesso a una lancetta. La prima Bivouac permette così di misurare fino a 3 000 metri senza pila né elettronica. Tutto poggia sulla reazione meccanica di questa sottile capsula metallica alle variazioni dell'aria.
La Bivouac ha fatto la sua gavetta dove serviva. Walter Bonatti la porta nel 1964 sulla parete nord della Pointe Whymper, alle Grandes Jorasses. Junko Tabei la porta sull'Everest nel 1975, l'anno in cui diventa la prima donna a raggiungerne la vetta. Quando la maison è tornata alla carica nel 2017 con la Raider Bivouac 9000, ha portato la scala a 9 000 metri, di che coprire gli 8 848 metri dell'Everest, in una cassa in titanio da 48 millimetri. Un dettaglio riassume bene la specializzazione di questo pezzo: capace di misurare l'altissima quota, è invece impermeabile solo fino a 30 metri. È stata concepita per leggere la pressione in una sola direzione.
Everest, 29 maggio 1953: una questione orologiera mai risolta
L'Everest riserva d'altronde un'altra incertezza agli appassionati di orologeria. Il 29 maggio 1953, alle undici e mezza, Tenzing Norgay ed Edmund Hillary raggiungono la vetta. Si sa che Norgay porta un Rolex Oyster Perpetual, poiché lo ha confermato lui stesso. Per Hillary, la questione resta aperta. Un Oyster Perpetual fabbricato nel 1950 gli era stato consegnato prima della spedizione, ed è oggi esposto a Zurigo. Ma l'alpinista ha anche riconosciuto di aver portato con sé uno Smiths De Luxe britannico, oggi conservato nel museo della Clockmakers' Company a Londra. I due pezzi esistono, i due racconti sopravvivono, e gli archivi non permettono di dire con certezza quale si trovasse al suo polso in vetta.
Può leggere il nostro articolo sugli orologi da alpinismo che hanno davvero conquistato l'Himalaya.
Ciò che l'altitudine rifiuta di misurare
Ci aspettiamo volentieri dall'orologeria che risponda con una cifra precisa. L'altitudine è proprio un ambito in cui questa precisione diventa ingannevole. Ciò che si può affermare è alla fine abbastanza semplice: quando la pressione diminuisce, il bilanciere incontra meno resistenza nell'aria e la sua oscillazione può cambiare leggermente. Questo cambiamento può modificare la marcia dell'orologio, ma il suo senso e la sua entità dipendono dal movimento stesso, dalla sua regolazione e dalle condizioni in cui funziona.
È probabilmente ciò che rende la questione più interessante di un semplice numero di secondi persi o guadagnati ogni mille metri. Due orologi possono salire insieme alla stessa vetta e non reagire esattamente allo stesso modo. I lavori dell'EPFL mostrano fino a che punto occorra scendere nella meccanica dei fluidi per comprendere soltanto una parte di ciò che si gioca tra un bilanciere e i pochi centimetri cubi d'aria che lo circondano.
Quanto a sapere se il Suo orologio anticiperà o ritarderà al prossimo passo, bisognerà portarvelo. Una regolazione non si indovina dal fondovalle.
FAQ
Di quanto può derivare un orologio meccanico in quota?
Non è pubblicato alcun valore affidabile, ed è un punto da ricordare prima di fidarsi degli stimatori online che promettono tanti secondi ogni mille metri. Questi calcolatori ignorano la temperatura, la posizione dell'orologio, il movimento interessato e il suo stato di manutenzione, quattro fattori il cui effetto supera spesso quello della sola pressione. I lavori universitari disponibili descrivono il meccanismo, non una costante universale. Il metodo giusto resta rilevare la marcia del Suo orologio al polso prima e dopo il soggiorno, il che Le darà il suo comportamento specifico piuttosto che una media teorica.
Il mio orologio può essere influenzato dalla pressione senza che io lasci il livello del mare?
Sì. La pressione atmosferica non dipende solo dall'altitudine, varia anche con il tempo meteorologico. Il passaggio di una depressione e quello di un anticiclone modificano la densità dell'aria attorno al bilanciere mentre l'orologio non si è mosso dal comodino. L'effetto resta debole, ma ricorda che un orologio meccanico è uno strumento aperto sul proprio ambiente, e non un sistema chiuso.
Perché gli orologi a pendolo degli osservatori erano sotto vuoto, mentre gli orologi da polso non lo sono mai?
Perché un orologio di precisione è un mobile e un orologio da polso è un oggetto indossato. Isolare un pendolo in un involucro sotto vuoto, come hanno fatto Riefler e poi Shortt, presuppone un volume, un'immobilità e una manutenzione incompatibili con una cassa da quaranta millimetri che si carica, si maltratta e si apre per la manutenzione. La Shortt-Synchronome equipaggiava osservatori, non polsi. Il compromesso adottato per l'orologio da polso consiste da sempre nel convivere con l'aria piuttosto che nel liberarsene.
Un orologio impermeabile a 200 metri è meglio attrezzato per l'alta montagna?
Non necessariamente, perché non si tratta della stessa sollecitazione. Una cassa da immersione è concepita per sopportare una pressione esterna superiore alla pressione interna, mentre l'altitudine produce esattamente l'inverso: l'aria racchiusa nell'orologio diventa più densa di quella esterna. Il Favre-Leuba Raider Bivouac 9000, capace di misurare 9 000 metri di altitudine, è impermeabile solo a 30 metri, il che illustra bene l'indipendenza delle due prestazioni. In montagna, lo stato delle guarnizioni, la tenuta del movimento al freddo e la protezione dagli urti contano più di una cifra di profondità.
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