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鐘錶是如何誕生的?

鐘錶是鍾和表的統稱,它們都是計量和指示時間的精密儀器。鐘錶出現後,人類可以精準且方便地計算時間,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象和流動物質的連續運動來計時。古老的巴比倫王國發明瞭土圭,它可以根據太陽投影的長短和方位的變化判斷時間。中國人發明制 造的日晷、漏壺、沙漏都是世界上古老的計時器。日晷是利用日影的方位計時;漏壺和沙漏則是利用水流和沙流的流量計時。東漢張衡製造漏水轉渾天儀,用齒輪系 統把渾象和計時漏壺聯結起來,漏壺滴水推動渾象均勻地旋轉,一天剛好轉一週,這是最早出現的機械鐘。北宋宰相蘇頌和韓公廉等創制水運儀象臺,已運用了擒縱 器。擒縱器是機械鐘錶的“心臟”,是極其重要的關鍵部件。

歐洲古老的機械鐘,出現在14世紀的歐洲,它是由掛在繩子一端的重錘所驅動,繩子的另一端繞在一個軸上,隨著重錘的下降,軸相應地轉動,再透過齒輪帶動鐘的指標旋轉。

1510年,德國鎖匠彼得·亨萊思首創用鋼發條代替重錘,創造了用冕狀輪擒縱機構的小型機械鐘錶,然而這種表的計時效果並不理想:發條若是上得太緊,指標就會走得過快;發條若是上得過鬆,指標就會執行得慢。

針對這一缺點,捷克人雅各布·赫克對其進行了改進。他設計出一個錐形渦輪,由錐形渦輪和一卷發條共同組成表的驅動機構。當發條逐漸舒張時,它透過一條繩 子帶動錐形渦輪和表內的齒輪。錐形渦輪的形狀恰好能夠補償發條作用的變化。當發條卷緊時,作用力強烈地作用在錐形渦輪的頂端,這裡的槓桿作用較弱;當發條 慢慢放鬆時,它的拉力就減弱,作用力作用在渦輪輪子的底部,這裡的槓桿作用則較強。因此,鐘錶機械能夠均勻地運轉。

1582年前後,義大利的伽利略發明了重力擺。1657年,荷蘭的惠更斯把重力擺引入機械鐘,製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 驅動機構來推動對稱橫臂,而是由地球重力來推動。隨著單擺被用於時鐘,時鐘的精度越來越高,到了17世紀中葉,鐘錶的最小誤差已由每天15分鐘,減少到 10分鐘。

1660年,英國的胡克發明了遊絲,這是鐘錶裡的彈性元件,用以控制擺輪做等時往復運動。它為現代精密機械鐘錶的出現奠定了基礎。後來,鐘錶的技術,特別是針對擒縱調速器的技術,得到頻繁而卓越的發展。

機械鐘錶雖有多種結構形式,但其工作原理基本相同。它主要是由原動系、傳動系、擒縱調速器及指標系式上的條撥針繫條組成。18~19世紀,鐘錶製造業已 逐步實現工業化生產,並達到相當高的水平。20世紀,隨著電子工業的迅速發展,電池驅動鍾、交流電鐘、電機械錶、指標式石英電子鐘錶、數字式石英電子鐘錶 相繼問世。第一隻石英錶在1969年首度出現。石英錶的計時非常精準,平均工作誤差為每日0。0001秒或者更少。如今,鐘錶進入了微電子技術與精密機械 相結合的石英化新時期。