| 約翰·哈里森，1693年出生于約克郡（Yorkshire）拉格比（Wragby）教區(qū)的福爾比（Foulby）。他的父親受雇于一個大地主羅伯特·溫爵士（Sir Robert Winn），從事木工工作。他是五個孩子中的長子，自然而然地注定要和父親一起在諾斯特修道院（Nostel Priory）的溫家莊園工作。當(dāng)約翰六七歲的時候，全家搬到了林肯郡（Lincolnshire）亨伯河北岸的巴羅，也就是在那里，他開始在他父親的工場里接受訓(xùn)練。我們不清楚小約翰是如何接受教育的，但我們確知，當(dāng)?shù)氐囊晃荒翈燂@然發(fā)現(xiàn)了這個男孩的數(shù)學(xué)天賦，并把劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)家桑德森（Nicholas Saunderson）主辦的一系列自然哲學(xué)講座的抄本借給了他。哈里森自己復(fù)制了這份抄本，我們可以從他豐富的筆記中看出，他花了很多年來理解力學(xué)原理，包括牛頓的運動定律。他興趣廣泛，包括音樂；他演奏維奧爾琴，并對教堂鐘的調(diào)音產(chǎn)生了濃厚的興趣。他的數(shù)學(xué)天賦使他對音階理論產(chǎn)生了興趣，后來他發(fā)表了自己的音階理論。 
哈里森對時鐘的興趣從何而來一直是個謎；我們知道他所在的地方并沒有鐘匠，但也許是他對力學(xué)的研究引導(dǎo)他走向了那個方向。我們只知道他在1713年建造了第一座鐘，那時他還不到20歲。這座鐘仍然保留著，可以在倫敦市政廳（London Guildhall）的鐘匠公會博物館里看到。
這座鐘的設(shè)計很普通，特別之處在于大部分齒輪的結(jié)構(gòu)，這些齒輪是用他最熟悉的材料——木頭制成。齒輪材質(zhì)大部分為橡木和黃楊木，外圍為橡木齒，木頭紋理的走向以提供最大的強度為原則。他還使用了愈瘡木，一種天然油性的熱帶硬木；這些齒輪沒有磨損，證明了他精湛技藝的質(zhì)量。在接下來的四年里，兩座類似的鐘被制造出來；它們的機芯被保存下來，一個在倫敦科學(xué)博物館展出，另一個在諾斯泰爾修道院。這組時鐘里最后一臺的鐘門后貼著一份有趣的記錄，那是哈里森自己的時差表（Equation of time），他在上面標注，“巴羅緯度53度18分，太陽升起和落下的時間表格，如果你的時鐘準確的話，差異應(yīng)該是在這范圍之內(nèi)。哈里森似乎是根據(jù)自己的觀察和計算得出了這份表格。
由于沒有受到其他鐘匠的影響，這確實有助于哈里森的獨創(chuàng)能力，他很快發(fā)現(xiàn)了需要克服的問題，并設(shè)計出自己的解決方案。他作為鐘匠的能力得到了查爾斯·佩勒姆爵士（Sir Charles Pelham）的注意，他在1720年委托哈里森在巴羅（Barrow）以南幾英里的布羅克斯比公園（Brocklesby Park），為他的新馬廄建造一座塔鐘。這座非凡的塔鐘，同樣主要由木頭制成，有著無油運轉(zhuǎn)的巨大優(yōu)勢。很明顯，哈里森發(fā)現(xiàn)了制造精確計時器的一個主要缺點——潤滑問題。那個時期的原始油脂是由動物脂肪制成的，很快就會變成了一團粘稠的東西，令工作部件不再順滑運轉(zhuǎn)，影響走時準確。他還避免使用易生銹的鋼鐵，而在需要金屬的地方使用黃銅。時鐘于1722年完成，除了在1884年進行了短暫的翻新外，至今一直運轉(zhuǎn)。
在1720年代中期，哈里森是否有意致力于建造一個航海計時器？他一定知道這個大獎（以如今的價值計算大約有200萬英鎊），并且顯然對自己的能力很有信心。是在什么時候，他決定參加比賽，爭奪獎項，我們不知道。在建造一個精確航海計時器之前，按道理會先去建造一個非常精確的固定時鐘，準確度超過當(dāng)時最好的擺鐘，每天能精確到幾秒鐘。他就是這樣去做的。從1725年開始的兩年多時間里，在他的弟弟詹姆斯（James，另一位精湛的工匠）的幫助下，他制造了三臺非凡的落地鐘。這些“校準鐘（Regulator）”（為精確走時而制造的時鐘）相當(dāng)有創(chuàng)意；相對于倫敦的鐘表同行，包括其中最偉大的，也在開發(fā)精密校準鐘的喬治·格雷厄姆，哈里森走了不同的方向。這些時鐘又一次使用了哈里森先進的木材技術(shù)，來消除對潤滑的需要。他還盡可能地減少摩擦，他意識到這是早期計時器的缺點之一。時鐘的齒輪組把能量從動力源———一個下落的重錘——傳輸?shù)角芸v機構(gòu)，使鐘擺產(chǎn)生有規(guī)律的脈沖。摩擦，特別是在齒輪軸承，會消耗能量，導(dǎo)致不均勻的功率輸出，以及對鐘擺不均勻的脈沖。哈里森發(fā)明了一種新型軸承（現(xiàn)代機械中滾柱軸承的前身），他時鐘里的齒輪在這些軸承中的轉(zhuǎn)動幾乎沒有任何阻力。為了減少時鐘齒輪的摩擦，哈里森發(fā)明了一種新型軸承，這種軸承是大多數(shù)現(xiàn)代機械中使用的滾珠軸承和滾柱軸承的先驅(qū)。齒輪軸由四個滾柱支撐，在外籠內(nèi)的一個框架上旋轉(zhuǎn)。齒軸和滾柱接觸產(chǎn)生的摩擦很小，就省去了對潤滑油的需要。
哈里森的標準時計的時間控制器就是鐘擺，鐘擺理論最早由伽利略提出，并在17世紀中葉由惠更斯（Huygens）實現(xiàn)在時鐘上，早期的鐘擺很短，擺動弧度為20 °到30 °；到17世紀末，人們發(fā)現(xiàn)長擺每秒擺動一次的擺動角度小于5 ° ，計時效果更好。倫敦鐘匠擅長生產(chǎn)美觀的落地鐘，每天的時間能精確到幾秒鐘。然而，哈里森一直在追求每月幾秒鐘的高準確性，需要對當(dāng)時最好的時鐘進行根本性的改進。為了達到高精度，鐘擺需要一個非常穩(wěn)定的脈沖，這樣才能在很長時間內(nèi)保持擺動弧度不變。 |
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