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時(shí)間對于人類的重要性不言而喻，古人很早就開始研究計(jì)時(shí)工具，古巴比倫王國發(fā)明了土圭，原理是根據(jù)太陽投影長短和方位的變化來判斷時(shí)間。我國古代也有類似的發(fā)明：日晷、漏壺、沙漏等等，漏壺、沙漏是利用水流和沙流的流量計(jì)時(shí)。這些發(fā)明雖然能讓人們對時(shí)間有個(gè)大概的了解，但不夠精準(zhǔn)，如果想要知道精確的時(shí)分，是無法做到的。

日晷

鐘表的出現(xiàn)解決了這一難題，它絕對是計(jì)量、指示時(shí)間的精密儀器。通過鐘表，人們可以既方便又精準(zhǔn)地計(jì)算時(shí)間。那么，最早的機(jī)械鐘是什么樣子呢？

我國是世界上發(fā)明機(jī)械鐘最早的國家，由東漢張衡發(fā)明的水運(yùn)渾象儀，由齒輪將渾象和計(jì)時(shí)漏壺聯(lián)結(jié)起來制作而成。漏壺漏水推動渾象勻速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)一周就是一天。江山代有才人出，到北宋時(shí)期，宰相蘇頌和韓公廉等人創(chuàng)制的水運(yùn)儀象臺又多了一個(gè)小裝置——擒縱器，號稱是機(jī)械鐘表的“心臟”。

水運(yùn)渾象儀

歐洲古老的機(jī)械鐘，出現(xiàn)在14世紀(jì)，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(gè)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(shí)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)行的慢。

但這一缺點(diǎn)很快就得到了改進(jìn)，捷克人雅各布·赫克設(shè)計(jì)出了一個(gè)錐形渦輪，再加上一卷發(fā)條組成表的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，發(fā)條卷緊，力作用于錐形渦輪的頂端；發(fā)條放松，拉力減弱，力作用于渦輪底部，渦輪的形狀恰好能補(bǔ)償發(fā)條作用的變化，這樣一來，鐘表機(jī)械就可以保持勻速地運(yùn)轉(zhuǎn)，不會出現(xiàn)“發(fā)條不同的松緊導(dǎo)致時(shí)針走速不同”的現(xiàn)象。

大約在1582年，伽利略發(fā)明了重力擺，1657年，惠更斯將重力擺引入到機(jī)械鐘里去，制作出了世界上第一臺精確的擺鐘，這是機(jī)械時(shí)鐘史上的一大事件。

相比之前需要通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)來推動運(yùn)作的鐘表，擺鐘顯然要省事得多，利用地球的重力來推動。再到后來，單擺被應(yīng)用于時(shí)鐘，時(shí)鐘的精度也因此越來越精確。到了17世紀(jì)中期，鐘表的誤差每天只有10分鐘左右了。

近代西方的機(jī)械鐘表是在明末時(shí)期傳入中國的，1601年，意大利傳教士利瑪竇獻(xiàn)給明代萬歷皇帝兩座自鳴鐘。正是這兩座鐘對我國的機(jī)械鐘制造產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，據(jù)說，當(dāng)時(shí)利瑪竇還對其進(jìn)行了改造，為了使其適應(yīng)中國的計(jì)時(shí)習(xí)慣，將24小時(shí)改成了12時(shí)辰，將阿拉伯?dāng)?shù)字改成了中國數(shù)字，并且將一天分為一百刻，將每段又分為一百分。

1660年，英國人胡克發(fā)明了游絲，用來控制擺輪在等時(shí)的往復(fù)運(yùn)動，這個(gè)鐘表里彈性元件的出現(xiàn)讓鐘表向著更加精密的方向發(fā)展。

鐘表游絲

機(jī)械鐘雖有很多結(jié)構(gòu)，但工作原理大同小異。它的組成原件為原動系、傳動系、擒縱調(diào)速器以及指針系上的條撥針系條等。在18-19世紀(jì)時(shí)，鐘表制造業(yè)已經(jīng)逐漸實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，20世紀(jì)，電子工業(yè)的迅速發(fā)展，催生了機(jī)械時(shí)鐘的發(fā)展，電池驅(qū)動鐘、電機(jī)械表、數(shù)字式的石英電子鐘等等產(chǎn)品逐一問世。

機(jī)械時(shí)鐘發(fā)展史還曾出現(xiàn)不少有意思的花絮，航海鐘便是其中之一。航海鐘，顧名思義，就是用于遠(yuǎn)洋航海的精密時(shí)鐘。航海鐘，發(fā)明于17世紀(jì)的后半期，當(dāng)時(shí)輪船在出海航行時(shí)沒有技術(shù)手段來測量經(jīng)度，都是利用航海鐘記錄本初子午線的時(shí)間，再和船只所在位置的正午時(shí)間進(jìn)行對照，通過差值換算所在位置的經(jīng)度。

歐洲各國為了爭奪海上霸權(quán)，紛紛投入資金尋找測量經(jīng)度的方法，英國自然是最活躍的一位，出臺了法案，宣稱只要有人能找到海上測量經(jīng)度的方法，就能拿到2萬英鎊。約翰·哈里森，這位自學(xué)成才的時(shí)鐘制作大師歷經(jīng)萬難最終領(lǐng)取了這一獎(jiǎng)勵(lì)。

英國鐘表匠 約翰·哈里森

這是一段漫長的戰(zhàn)役，哈里森在草圖得到天文臺臺長哈雷，就是發(fā)現(xiàn)哈雷彗星那位的認(rèn)可之后，便開始著手制作。歷經(jīng)5年的時(shí)間，哈里森才制作出第一臺航海鐘H1，重達(dá)34公斤。哈里森進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)它比當(dāng)時(shí)所有的測量方法都要準(zhǔn)確得多，但是精益求精的他并沒有滿足于此，又在這一基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)的改進(jìn)，先后創(chuàng)造出H2、H3，但是這一個(gè)個(gè)龐然大物并不方便攜帶，哈里森也是頭大。一次偶然，他發(fā)現(xiàn)了小型高頻振子并加以運(yùn)用，雖然已是60歲的高齡，哈里森仍不介意重新來過，設(shè)計(jì)理論大改之后制作出來的H4只是比懷表大了一點(diǎn)點(diǎn)，然而，這已是6年之后。

H1航海鐘

H2航海鐘

H3航海鐘

設(shè)立獎(jiǎng)項(xiàng)的委員會讓哈里森的兒子帶著H4進(jìn)行測試，遠(yuǎn)征牙買加，81天的海上航行發(fā)現(xiàn)，H4就只慢了5秒鐘，誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于委員會制定的最大限度。

H4懷表

“經(jīng)度之戰(zhàn)”中，英國獲得了先機(jī)，為海上爭霸打下了基礎(chǔ)，奠定了世界霸主的地位，由此可見，獲取精準(zhǔn)時(shí)間意義重大。如今，航海定位再也不是遙不可及的夢想了，鐘表也進(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(shí)期，獲取準(zhǔn)確的時(shí)間、位置都是非常簡單的事情。

今天的介紹就到這里啦，我們下次再見~