miniaturadaimagem|Animação de um escape de âncora, muito usado em relógios de pêndulo
Um escape é um mecanismo de relógios mecânicos que transmite impulsos ao elemento regulador e libera periodicamente o conjunto de engrenagens, permitindo seu avanço e o movimento dos ponteiros. Os impulsos transferem energia ao elemento regulador do relógio, geralmente um pêndulo ou um balanço, para repor a energia perdida por atrito em cada ciclo e manter sua oscilação. O escape é acionado pela força de uma mola enrolada ou de um peso suspenso, transmitida pelo conjunto de engrenagens. A cada oscilação do pêndulo ou do balanço, um dente da roda de escape é liberado, permitindo que as engrenagens avancem, ou "escapem", uma distância fixa. Esse avanço periódico e regular faz os ponteiros se moverem em ritmo constante. Ao mesmo tempo, o dente dá um pequeno impulso ao elemento regulador, antes que outro dente encontre uma palheta do escape e volte a bloquear o mecanismo. A parada brusca do dente produz o "tique-taque" característico dos relógios mecânicos em funcionamento.
O primeiro escape mecânico, o escape de vara, foi inventado na Europa medieval, no século XIII, e tornou possível o desenvolvimento do relógio mecânico. O projeto do escape afeta muito a precisão do relógio. Entre os séculos XIII e XIX, quando a medição do tempo dependia de mecanismos mecânicos, o aperfeiçoamento dos escapes permitiu medições cada vez mais precisas.
Os escapes também são usados em outros mecanismos. Nas máquinas de escrever manuais, fazem o carro avançar a cada letra ou espaço digitado.
História A invenção do escape permitiu a construção de relógios inteiramente mecânicos e foi uma etapa da história da tecnologia. O primeiro escape inteiramente mecânico, o escape de vara, foi inventado na Europa do século XIII. Com ele, a medição do tempo pôde deixar de depender de processos contínuos, como o escoamento da água nas clepsidras, e passar a usar oscilações repetitivas, como as de um pêndulo, o que permitiu maior precisão. Os osciladores regulam o funcionamento de todos os relógios modernos.
Escapes acionados por líquidos O primeiro escape acionado por líquido foi apresentado pelo engenheiro grego Filão de Bizâncio, no século III a.C., no capítulo 31 de seu tratado técnico Pneumatica, como parte de um lavatório. Uma colher com contrapeso, abastecida por um reservatório de água, vira sobre uma bacia quando fica cheia e libera uma esfera de pedra-pomes. Depois de esvaziar, a colher é erguida pelo contrapeso, que estica um cordão e fecha a portinhola da pedra-pomes. Filão escreveu que "sua construção é semelhante à dos relógios", o que permite inferir que mecanismos desse tipo já eram usados nas clepsidras antigas.
Na China da dinastia Tang, o monge budista Yi Xing e o funcionário do governo Liang Lingzan construíram, em 723 ou 725, um escape para o funcionamento de uma esfera armilar movida a água e de seu mecanismo de acionamento. Esse foi o primeiro escape de um mecanismo de relojoaria. Os relojoeiros Zhang Sixun e Su Song, da dinastia Song, empregaram escapes em suas torres com relógios astronômicos, nos séculos X e XI. Neles, a água enchia um recipiente montado sobre um pivô. A tecnologia depois estagnou e regrediu. Para o historiador Derek de Solla Price, o escape chinês se difundiu para o Ocidente e deu origem à tecnologia ocidental de escapes.Derek de Solla Price, On the Origin of Clockwork, Perpetual Motion Devices, and the Compass, p.86
Um escape de mercúrio foi apresentado em uma obra em castelhano compilada para Afonso X de Castela em 1277, com traduções e adaptações de textos árabes anteriores. Ahmad Y. al-Hassan relacionou esse mecanismo a antecedentes árabes e propôs que as traduções de textos árabes e castelhanos teriam levado seu conhecimento à Europa.
Esses dispositivos ainda dependiam do escoamento de líquido por um orifício para medir o tempo e não eram escapes propriamente mecânicos. O recipiente virava sempre que ficava cheio, fazendo as rodas do relógio avançarem a cada volume igual de água medido. Como em qualquer relógio hidráulico, o intervalo entre as liberações dependia da vazão. A vazão por um orifício varia com a temperatura e a viscosidade do líquido, e diminui com a pressão à medida que o nível no reservatório baixa. Para desenvolver relógios mecânicos, era necessário um escape que permitisse regular o mecanismo pelo movimento de uma massa oscilante com um período constante.
Escapes mecânicos O primeiro escape mecânico, o escape de vara, foi usado por séculos em um aparelho que tocava sinos, chamado alarum, antes de ser adaptado aos relógios. Abbott Payson Usher atribuiu ao arquiteto francês Villard de Honnecourt a invenção do primeiro escape, em 1237, com base em um desenho de seus cadernos. Nele, um sistema de cordas faria uma estátua de anjo girar para acompanhar o Sol. O desenho, porém, não mostra um escape., nota 7, nota 3
Em 1271, o astrônomo Robertus Anglicus escreveu que os relojoeiros tentavam inventar um escape, mas ainda não haviam conseguido. Os pagamentos pela construção de relógios tornam o fim do século XIII a data mais provável da passagem dos mecanismos hidráulicos para os escapes mecânicos nos relógios de torre. Por volta de 1300, já existiam relógios com escape mecânico.
A explicação mais antiga de um escape que chegou até nós, porém, é a de uma variante chamada strob. Ela está no manuscrito Tractatus Horologii Astronomici, de 1327, em que Richard de Wallingford apresentou o relógio que construiu na Abadia de St Albans. O escape tinha duas rodas no mesmo eixo, com dentes radiais alternados. Entre elas ficava suspensa a vara, com uma pequena travessa que girava ora para um lado, ora para o outro, empurrada pelos dentes desencontrados. Não se conhece outro exemplar, mas esse pode ter sido o primeiro projeto de escape para relógios.
O escape de vara passou a ser usado nos demais relógios antigos e, por cerca de 400 anos, foi o único escape conhecido. Seu desempenho era limitado pelo atrito e pelo recuo. Sobretudo, os primeiros reguladores usados com ele, chamados foliot, não tinham mola espiral nem um ritmo natural de oscilação, o que restringia muito sua precisão.
A precisão dos escapes aumentou muito a partir de 1657, com a aplicação do pêndulo aos relógios e a adição da mola espiral ao balanço. Os reguladores passaram a ser osciladores harmônicos. A maior precisão da medição do tempo permitiu concentrar os esforços no aperfeiçoamento do escape. Nos dois séculos seguintes, a "época de ouro" da relojoaria mecânica, foram inventados mais de 300 tipos de escape, embora apenas cerca de dez tenham sido usados em larga escala.
A invenção do oscilador de cristal e do relógio de quartzo, na década de 1920, transferiu a pesquisa sobre medição do tempo para métodos eletrônicos. Na década de 1930, os relógios de quartzo já eram os mais precisos, e os projetos de escape deixaram de determinar os avanços na precisão da medição do tempo.
Confiabilidade A confiabilidade de um escape depende da qualidade de sua fabricação e da manutenção que recebe. Um escape mal construído ou mal conservado causa problemas. Ele precisa converter com precisão as oscilações do pêndulo ou do balanço em rotação das engrenagens do relógio, além de fornecer energia suficiente para manter essas oscilações.
Em muitos escapes, o desbloqueio envolve deslizamento. Na animação do escape de âncora, por exemplo, as palhetas deslizam sobre os dentes da roda de escape enquanto o pêndulo oscila. As palhetas costumam ser feitas de materiais muito duros, como pedras polidas, entre elas o rubi sintético. Mesmo assim, geralmente precisam de lubrificação. O óleo lubrificante se deteriora por evaporação, acúmulo de poeira e oxidação, e precisa ser renovado periodicamente. Sem esse cuidado, o relógio pode funcionar de forma irregular ou parar, e as peças do escape podem sofrer desgaste rápido. A maior confiabilidade dos relógios modernos se deve sobretudo à melhor qualidade dos óleos empregados. Em um relógio de boa qualidade, o lubrificante pode durar mais de cinco anos.
Alguns escapes evitam o atrito de deslizamento, como o escape de gafanhoto, criado por John Harrison no século XVIII. Esses projetos podem dispensar a lubrificação do escape, embora outras peças do conjunto de engrenagens ainda precisem dela.
Precisão A precisão de um relógio mecânico depende da precisão de seu regulador. Quando ele é um pêndulo, o período de oscilação determina a precisão. Uma haste metálica se dilata com o calor e se contrai com o frio, alongando ou encurtando o pêndulo e alterando o tempo de cada oscilação. Relógios de pêndulo mais caros usam ligas especiais para reduzir essa deformação. A amplitude angular também varia de um relógio para outro. Nos mais precisos, ela é muito pequena, para reduzir o erro circular.
Os relógios de pêndulo podem alcançar elevada precisão. Ainda no século XX, eram usados como referência de tempo em laboratórios.
O escape também afeta muito a precisão. O ponto exato da trajetória em que o pêndulo recebe o impulso altera o tempo de sua oscilação. Idealmente, o impulso deve se distribuir igualmente antes e depois do ponto mais baixo da trajetória. Isso corresponde a um escape "em batida". Um impulso dado quando o pêndulo se aproxima do centro da oscilação adianta o relógio, enquanto um impulso dado quando ele se afasta do centro o atrasa. Quando o impulso se distribui igualmente, fornece energia ao pêndulo sem alterar o tempo de sua oscilação.
O período do pêndulo depende ligeiramente da amplitude. Se ela cair de 4° para 3°, o período diminui cerca de 0,013%, o que equivale a um adiantamento de aproximadamente 12 segundos por dia. Isso ocorre porque a força restauradora depende do seno do ângulo e não varia linearmente com ele. O comportamento do pêndulo só se aproxima do linear quando se aplica a aproximação para ângulos pequenos. Para que o período não dependa da amplitude, a trajetória precisa ser cicloidal. Para reduzir a alteração do período com a amplitude, mantém-se o arco de oscilação tão pequeno quanto possível.
Em geral, qualquer que seja a forma de impulso, o escape deve perturbar o mínimo possível o oscilador. Essa perturbação, presente em maior ou menor grau em todos os escapes, é chamada erro do escape.
Todo escape com atrito de deslizamento precisa de lubrificação. À medida que o lubrificante se deteriora, o atrito aumenta, e a energia transferida ao regulador pode se tornar insuficiente. Se o regulador for um pêndulo, o aumento do atrito reduz o fator Q, alarga a faixa de ressonância e diminui a precisão. Nos relógios movidos a mola, a força do impulso muda conforme a mola se desenrola, seguindo a lei de Hooke. Nos relógios movidos por gravidade, a força também aumenta conforme o peso desce e uma extensão maior da corrente fica suspensa entre ele e as engrenagens. Na prática, esse efeito só é perceptível em grandes relógios públicos e pode ser evitado com uma corrente em circuito fechado.
Relógios portáteis e outros relógios pequenos usam uma mola espiral como parte do regulador. Essa mola fina é presa a um balanço metálico que gira alternadamente nos dois sentidos. A maioria dos relógios mecânicos modernos trabalha com frequências de 3 a 4 Hz, ou oscilações completas por segundo. Isso corresponde a 6 a 8 alternâncias por segundo, ou 21.600 a 28.800 alternâncias por hora. Alguns usam frequências maiores ou menores, como 36.000 ou 19.800 alternâncias por hora. A frequência depende da rigidez da mola espiral, expressa pela constante elástica. Para manter a regularidade da marcha, essa rigidez não deve variar com a temperatura. Por isso, as molas espirais são feitas de ligas especiais, uma área em que a relojoaria ainda se aperfeiçoa. Como no pêndulo, o escape fornece um pequeno impulso em cada ciclo para manter a oscilação do balanço. A deterioração do lubrificante também altera o atrito e prejudica a precisão da marcha.