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鐘表是如何誕生的?

 老莊. 2014-04-16

  鐘表是鐘和表的統(tǒng)稱,它們都是計(jì)量和指示時間的精密儀器。鐘表出現(xiàn)后,人類可以精準(zhǔn)且方便地計(jì)算時間,使人類能夠精確地把握生命中的每分每秒。

   在古代,人類主要利用天文現(xiàn)象和流動物質(zhì)的連續(xù)運(yùn)動來計(jì)時。古老的巴比倫王國發(fā)明了土圭,它可以根據(jù)太陽投影的長短和方位的變化判斷時間。中國人發(fā)明制 造的日晷、漏壺、沙漏都是世界上古老的計(jì)時器。日晷是利用日影的方位計(jì)時;漏壺和沙漏則是利用水流和沙流的流量計(jì)時。東漢張衡制造漏水轉(zhuǎn)渾天儀,用齒輪系 統(tǒng)把渾象和計(jì)時漏壺聯(lián)結(jié)起來,漏壺滴水推動渾象均勻地旋轉(zhuǎn),一天剛好轉(zhuǎn)一周,這是最早出現(xiàn)的機(jī)械鐘。北宋宰相蘇頌和韓公廉等創(chuàng)制水運(yùn)儀象臺,已運(yùn)用了擒縱 器。擒縱器是機(jī)械鐘表的“心臟”,是極其重要的關(guān)鍵部件。

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  歐洲古老的機(jī)械鐘,出現(xiàn)在14世紀(jì)的歐洲,它是由掛在繩子一端的重錘所驅(qū)動,繩子的另一端繞在一個軸上,隨著重錘的下降,軸相應(yīng)地轉(zhuǎn)動,再通過齒輪帶動鐘的指針旋轉(zhuǎn)。

  1510年,德國鎖匠彼得·亨萊思首創(chuàng)用鋼發(fā)條代替重錘,創(chuàng)造了用冕狀輪擒縱機(jī)構(gòu)的小型機(jī)械鐘表,然而這種表的計(jì)時效果并不理想:發(fā)條若是上得太緊,指針就會走得過快;發(fā)條若是上得過松,指針就會運(yùn)行得慢。

   針對這一缺點(diǎn),捷克人雅各布·赫克對其進(jìn)行了改進(jìn)。他設(shè)計(jì)出一個錐形渦輪,由錐形渦輪和一卷發(fā)條共同組成表的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。當(dāng)發(fā)條逐漸舒張時,它通過一條繩 子帶動錐形渦輪和表內(nèi)的齒輪。錐形渦輪的形狀恰好能夠補(bǔ)償發(fā)條作用的變化。當(dāng)發(fā)條卷緊時,作用力強(qiáng)烈地作用在錐形渦輪的頂端,這里的杠桿作用較弱;當(dāng)發(fā)條 慢慢放松時,它的拉力就減弱,作用力作用在渦輪輪子的底部,這里的杠桿作用則較強(qiáng)。因此,鐘表機(jī)械能夠均勻地運(yùn)轉(zhuǎn)。

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   1582年前后,意大利的伽利略發(fā)明了重力擺。1657年,荷蘭的惠更斯把重力擺引入機(jī)械鐘,制成了世界上第一臺精確的擺鐘。擺鐘不像以前的鐘表要另設(shè) 驅(qū)動機(jī)構(gòu)來推動對稱橫臂,而是由地球重力來推動。隨著單擺被用于時鐘,時鐘的精度越來越高,到了17世紀(jì)中葉,鐘表的最小誤差已由每天15分鐘,減少到 10分鐘。

  1660年,英國的胡克發(fā)明了游絲,這是鐘表里的彈性元件,用以控制擺輪做等時往復(fù)運(yùn)動。它為現(xiàn)代精密機(jī)械鐘表的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。后來,鐘表的技術(shù),特別是針對擒縱調(diào)速器的技術(shù),得到頻繁而卓越的發(fā)展。

   機(jī)械鐘表雖有多種結(jié)構(gòu)形式,但其工作原理基本相同。它主要是由原動系、傳動系、擒縱調(diào)速器及指針系式上的條撥針系條組成。18~19世紀(jì),鐘表制造業(yè)已 逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),并達(dá)到相當(dāng)高的水平。20世紀(jì),隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展,電池驅(qū)動鐘、交流電鐘、電機(jī)械表、指針式石英電子鐘表、數(shù)字式石英電子鐘表 相繼問世。第一只石英表在1969年首度出現(xiàn)。石英表的計(jì)時非常精準(zhǔn),平均工作誤差為每日0.0001秒或者更少。如今,鐘表進(jìn)入了微電子技術(shù)與精密機(jī)械 相結(jié)合的石英化新時期。




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