第31章 機械鍾的出現(1 / 1)

鍾表,可以把測時的結果保持下去,這叫“守時”。守時的工具通常是時鍾。

在水鍾、沙鍾以後,人們發明了機械鍾。從古老的掛鍾到細巧的快擺手表,都有一個擺。隻有不停地走動的擺才能指示時間,才能使鍾表走得準確。

擺是誰發明的?世界上第一個用擺的振動來計時的鍾是怎樣製造出來的?

1583年,在意大利比薩城裏,有個叫伽利略的青年到教堂中去禮拜。他看到一盞繩索吊在屋頂下的銅燈被風吹動,燈就慢慢地前後擺動著。這種擺動是一種普通存在的自然現象。長期都未引起人們的注意,而伽利略卻抓住了這個現象:擺動既平穩又均勻,每次擺動的時間是否是一樣呢?當時還沒有鍾表,沒法比較。

後來,在課堂上,老師說:“一般來說,人脈搏的次數是穩定的。”這給了伽利略以啟示:能不能用脈搏來測定那盞吊燈的擺動周期呢?他再次做禮拜時,用手指按著自己的脈搏默數次數,同時仔細觀察吊燈往返的擺動。他發現燈的擺動,每次經曆的時間總是一樣。雖然,擺動的幅度會越來越小,直到完全靜止為止,但擺動一次所用的時間卻不見變小。實驗還發現,繩子越短,每一次擺動經曆的時間也越短。他終於發現,擺的擺動周期和幅度無關這個單擺擺動的等時性規律。

伽利略很想用擺來指示時間,由於當年宗教的盛行,科學真理的傳播被禁錮了。伽利略沒有能如願。

1656年,荷蘭科學家惠更斯對伽利略發現的單擺等時性規律又作了進一步研究,製造出世界上第一個用擺的振動來計時的時鍾。這種擺鍾大致分為擺動部分和計數部分兩大結構。計數部分通常采用指針和度盤式數字顯示。而利用這種原理製造出來的機械鍾在世界上應用了300多年。

為什麼擺會擺動呢?這同地球的吸引有關係。當擺在位置上失去平衡的時候,重力和線的拉力不在一條直線上,產生了一種使擺返回平衡位置的力,引起擺動。單擺運動的周期和地球的吸引力有關係,因此,必須在同一地方,地心吸引力相同,擺才能具有等時性。

早期的機械鍾都是造得較大的。英國倫敦議會大廈有座巨大的鍾——大本。大本有四個鍾麵,在四角形的塔上,每邊有一個,每個鍾麵的直徑8米。它的分針有3.5米長,鍾麵上的數字高75厘米,鍾擺有200千克重。

人們為了改進鍾表,使它造得更細巧,於是想到了一種彈性物體,因為單擺的擺動是一種振動,而彈簧也能自由振動。人們發現,構造一定的彈簧,它的頻率總是不變的,根據這個原理,製造出了擺輪遊絲。遊絲是一根螺旋形的彈簧,一頭安在擺軸上,另一頭安在一個固定的金屬片上。擺輪向左或向右推動,遊絲時而卷緊,時而鬆開。有了擺輪遊絲,人們造出了懷表和手表。

為了使手表走得準,人們不斷加以改進。手表轉軸上安上鑽石,減少磨損,使壽命長,手表製造注意到了防震、防水、防磁性能,發明了自動表、日曆表、快擺表等。手表走得準確與否,同擺輪遊絲的周期有關,擺輪周期越短,擺得越快,走得越準。人們製造出快擺手表,擺輪每秒鍾來回擺6次,比普通表快上一倍,它走上一天,誤差隻有6秒鍾左右。