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技术发明|机械时钟,就是这么有历史

2022-05-17 08:23:16


时间之于人类的重要性不言而喻,这么一来,如何计时自然也是值得探索的。古人很早就开始研究计时工具,古巴比伦王国发明了土圭,原理我们都清楚,是根据太阳投影长短和方位的变化来判断时间。我国古代人民也有类似的发明:日晷、漏壶、沙漏等等,漏壶、沙漏是利用水流和沙流的流量计时。上述这些虽然能让人对时间有个大概了解,但还是有缺点的:不够精准!如果想知道现在到底是几点几分,是没办法做到的。


日晷


钟表的出现解决了这一难题,钟表包括钟和表两类,这是计量、指示时间的精密仪器。多亏了它们,人们可以既方便又精准地计算时间。最早的机械钟表是什么样子呢?

最早出现的机械钟是东汉张衡发明的——漏水转浑天仪,齿轮将浑象和计时漏壶联结起来制作而成。漏壶漏水推动浑象匀速旋转,转一周就是一天。江山代有才人出,等到北宋时期,宰相苏颂和韩公廉等人创制的水运仪象台又多了一个小装置——擒纵器,号称是机械钟表的“心脏”。


漏水转浑天仪


欧洲古老的机械钟,出现在14世纪的欧洲,它是由挂在绳子一端的重锤所驱动,绳子的另一端绕在一个轴上,随着重锤的下降,轴相应地转动,再通过齿轮带动钟的指针旋转。

约在1582年,伽利略发明了重力摆,1657年,惠更斯将重力摆引入到机械钟中去,制作出了世界上第一台精确的摆钟,这是机械时钟史上一大事件。



相较于以前的需要驱动机构来推动对称横壁的钟表,摆钟显然要省事得多,利用地球的重力来推动。再到后来,单摆被应用于时钟,时钟也精度也因之越来越高。到了17世纪中叶,钟表的误差每天只有10分钟。

近代西方的机械钟表是在明末时期传入中国的,1601年,意大利传教士利玛窦献给明代万历皇帝两把自鸣钟。正是这两把钟对我国的机械钟制造产生了影响,据说,当时利玛窦还对其进行了改造,为了使其适应中国的计时习惯,将24小时改成了12时辰,将阿拉伯数字改成了中国数字,并且将一天分为一百刻,将每段又分为一百分。


利玛窦


1660年,英国人胡克发明了游丝,用来控制摆轮在等时的往复运动,这个钟表里弹性元件的出现让钟表向着更加精密的方向发展。


游丝


虽然机械钟有很多结构,但工作原理大同小异。它的组成原件为原动系、传动系、擒纵调速器以及指针系上的条拨针系条等。在18-19世纪时,钟表制造业已经逐渐实现了工业化生产,20世纪,电子工业的迅速发展,催生了机械时钟的发展,电池驱动钟、电机械表、数字式的石英电子钟等等产品逐一问世。1969年,出现了石英表,石英表计时相当精准,误差在每日0.0001秒或者更少。

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