當前位置:首頁>知識> 鐘表與計時工具:重新定義時間
發布時間:2026-01-17閱讀( 7)
長久以來,我們的時間感一直由行星運動定義。早在知曉地球繞軸自轉和繞日公轉之前,我們就在談論“天”和“年”。月亮的圓缺給了我們“月”的概念,太陽的升落給了我們“正午”的概念,但依然沒能逃離計時的困境。滴漏,沙漏等工具,由于誤差極大,計時單位也不一致,人類幾乎不可能發展出精細的計時概念。

為了打破這個局面,歷史上不斷有人試圖設計出更準確的計時器。這當中,惠更斯發現的鐘擺定律和基于鐘擺定律發明的擺鐘,無疑于為人類尋找“更準確的計時器”的歷史進程跨出了一大步。#2023年文殊菩薩生日哪一天#
其實,擺鐘的發明并非偶然。歐洲人很早就開始用各種各樣的機械裝置來實現“機械動作的等時性”,以此來實現精密計時。15世紀,歐洲就出現了最早的機械鐘。#李通#這種機械鐘通過擒縱裝置的搖擺動作,按照一定的頻率開關鐘表的主傳動鏈,使指標“停-動”相間并以一定的平均速度轉動,從而指示準確的時間。#驍龍處理器#這種擒縱裝置的使用是人類計時器上的一大進步,直到現在,它仍然是鐘表中必不可少的確保等時性的裝置。
然而,對于一個精密的計時器而言,光有擒縱裝置是遠遠不夠的,其動力來源也要有精確的等時性。

最早的機械鐘利用重錘下墜的力量帶動齒輪,齒輪再帶動指針走動。這有一個明顯的缺點:即利用重錘驅動的鐘,只能高高地架在塔上,很不實用。此外,重錘提供的驅動力在維持主要機械部分運轉的同時,也是推動橫擺擺動的唯一力量,而這個推力要經過數重機械結構,最終傳遞到橫擺以后,誤差已經積累得非常大了,因此走時很不準確。
16世紀時,歐洲又出現了以彈簧為動力的鐘。#樂毅是什么人?諸葛亮為什么要自比樂毅?#它也并不完美,因為彈簧的蓄能是有限的,蓄積的勢能也不能保證能夠勻速釋放,所以彈簧鐘雖然不那么笨重,卻依然沒能解決“走時不準確”的問題。直到17世紀,“鐘擺的等時性”終于被人發現。

cs,最早注意到這個現象的是意大利科學家伽利略。根據文獻記載,1582年,不到20歲的伽利略在比薩大教堂里聽講道時意外地發現,只要風一吹,天花板上的一個吊燈就會來回擺動。#遼寧鞍山出什么玉石品種(鞍山的岫巖玉值錢嗎)#盡管吊燈擺動的幅度越來越小,但往返一次所需要的時間似乎都一樣。伽利略回到家用繩子吊起一個東西,來研究它的擺動規律。結果發現,每當繩子的長度發生改變,擺動的周期就不一樣了。但是所吊東西的重量和擺動角度的大小跟擺動周期無關,這就是著名的“擺的等時性原理”。

但伽利略的“擺的等時性原理”是存在問題的,比如擺動角度會影響擺的周期。荷蘭科學家惠更斯發現,只有在擺動角度比較小的情況下,“擺的等時性原理”才成立。惠更斯就是在仔細研究了這些問題后,才設計出了嚴格等時的擺鐘結構。#人生雞湯#后來,他又把重力擺引入到機械鐘上,并在1656年發明了更為精準的擺鐘,每周大約只有一分鐘的誤差。

在惠更斯擺鐘的基本結構中,鐘的機械動力仍由重錘提供,但擒縱器的擺動頻率由單擺控制。一個與擒縱器心軸連在一起的L形桿伸向單擺,L形桿的桿頭分叉,剛好卡住剛性的擺棍,單擺擺動時帶動L形桿轉動,從而把擺動的頻率傳遞給擒縱器。
而擺鐘的優越性在于,單擺的頻率與推動它的初始力量無關,而只與重力和擺長有關,這樣守時機構就真的不再受到動力機構的干擾了。之后,惠更斯又發明了一種游絲—擺輪裝置。游絲是一個螺旋形的彈簧,連在擺輪上,當擺輪向一個方向轉動,使游絲發生形變,產生一個力拉動擺輪回轉,在轉過平衡位置后,游絲再一次發生形變,又產生一個反向的力,重新把擺輪拉回來。這樣就能維持一種能夠周期性的震動,像橫擺、單擺一樣,用來控制擒縱器的頻率。這樣一來,擺鐘的走時就很精確了,惠更斯剛發明出的擺鐘在幾個星期內的誤差只有幾分鐘。

此外,游絲—擺輪與單擺一樣都獨立于動力機構,其頻率不受其他機械部分影響,而利用游絲—擺輪制成的鐘表相對于擺鐘的優點主要在于不依靠重力,因此只要設計合理,那么其在移動中仍可準確走時,也就意味著相對更加便于攜帶。
惠更斯用鐘擺確定擒縱裝置的頻率,并讓機械鐘內部的螺旋彈簧完成向游絲的進化,這是人類歷史上計時器第一次能夠長時間地精確報時。

最開始,計時器只是修道院的專屬,但很快,精確的報時對科學研究和人類社會的意義開始凸顯出來。在隨后到來的工業革命中,惠更斯發明的擺鐘提供了工業革命時代計時器的解決方案,堪稱整個工業革命的催化劑。
而在計時工具領域,惠更斯的擺鐘機械結構決定了其報時準確性和其移動與否沒有關系,這也使得基于惠更斯原理的航海時鐘被發明出來,并有力地助推了西方國家的海外開拓歷史。
如今,機械鐘表中普遍使用的游絲,就是惠更斯在螺旋彈簧的基礎上研究出來的。同時,時鐘仍在繼續前進,這種計時精度將如何改變現在及未來的經濟,只有時間才能給出答案。
Copyright ? 2024 有趣生活 All Rights Reserve吉ICP備19000289號-5 TXT地圖HTML地圖XML地圖