钟表是如何发明出来的?
在机械钟发明以前,人们通常通过沙漏、日晷等仪器来观测时间。这些仪器使 用起来都不方便,也不够准确。1088年,中国学者苏颂发明了水运仪象台擒纵 器——擒纵器是近代钟表的最关键设备。李约瑟对苏颂的发明曾做过这样的点 评:“苏颂把钟表机械和天文观察仪器结合以来,在钟表原理上已经完全成功,他比罗伯特•胡克先行了六个世纪。 ”苏颂发明的水运仪象台利用的是水力和机械相结合的原理。1336年,英国机械工程师沃灵福德•理查德利用擒纵器发明了机械钟;它通过一种齿轮控制系统,能够将钟内机械势能进行均匀的释放,也正是它能够使得机械钟发出“嘀答嘀答”的声音。 1430年左右,德国出现了由弹簧驱动的机械钟。早...全部
在机械钟发明以前,人们通常通过沙漏、日晷等仪器来观测时间。这些仪器使 用起来都不方便,也不够准确。1088年,中国学者苏颂发明了水运仪象台擒纵 器——擒纵器是近代钟表的最关键设备。李约瑟对苏颂的发明曾做过这样的点 评:“苏颂把钟表机械和天文观察仪器结合以来,在钟表原理上已经完全成功,他比罗伯特•胡克先行了六个世纪。
”苏颂发明的水运仪象台利用的是水力和机械相结合的原理。1336年,英国机械工程师沃灵福德•理查德利用擒纵器发明了机械钟;它通过一种齿轮控制系统,能够将钟内机械势能进行均匀的释放,也正是它能够使得机械钟发出“嘀答嘀答”的声音。
1430年左右,德国出现了由弹簧驱动的机械钟。早期的时钟没有分针和秒针,而且运行也不够准确。15世纪和16世纪,机械钟制造业在欧洲蓬勃发展起来。从机械钟问世到20世纪下半叶石英钟逐渐取代机械钟,机械钟在历史上共发展了 300多种擒纵结构,流传下来的并不多。
其中比较著名的有1584年瑞士的乔斯特•伯基发明的交叉打擒纵器;1660年英国的罗伯特、胡克发明的锚擒纵器;1675年英国的理查德•汤利和托巴斯•汤皮恩发明的死打擒纵器;1748年法国的皮埃尔•莱罗伊发明的棘爪擒纵器;1860年瑞士的乔治•弗雷德里克发明的脚托盘擒纵器等等。
机械擒纵器最大的一个缺点便是容易老化。随着时间的推移,擒纵器的机械运动会变得越来越缓慢。在上个世纪有使用过机械表的人,一定会记得定期需要将手表送到钟表匠处加油清洗的经历;机械表要在清洗和加上润滑油后,才能变得运转如初。
虽然早期的机械钟不能和现代时钟的准确性相比拟,但它毕竟给了人们一种 确定时间的方便方法。一方面,宗教信仰者需要在准确的时间进行宗教活动;另一 方面,人们也需要确定时间以安排生产和生活。机械钟还有一个用途,恐怕大家都 不容易想到,那便是用于航海定位。
随着地理大发现及航海事业的发展,作为欧洲 经济中心的英国一直想找到一种海上定位的方法;罗盘可以帮助海员们沿纬度直 线航行,但不能帮他们确定经度。1675年,英国国王查理二世设立格林尼治天文 台,并让人设法发明出一种星表,能够帮助海员们确定经度。
后来在这项发明没有 问世前,英国载有2000多人的舰船在海上不幸触礁沉没;英国政府发出巨额奖金, 悬赏能够进行经度定位的仪器。英国皇家科学院的牛顿和哈雷都参加了此次研 究;但最终赏金却被一个名叫哈里森的木匠获得。
这名木匠“发明”的仪器是什么?原来,哈里森“发明”的这个仪器就是机械 钟。他的创意是,将机械钟配发在所有的船舶上,时间和格林尼治天文台时间保持一致。船员们在航海过程中,到了太阳升至头顶正中的时候,观察机械钟的时间。
如果此时间比12时早了一个小时,那就说明船只处在伦敦以东约15°的位置;如果时间比12时恰好晚了一个小时,就说明船只处在伦敦以西约15°的位置。哈里森的创意即是巧妙地利用了地球自转一周差不多刚好等于24小时的基本常识。
正是由于哈里森的这个创意,使得后来所有的英国舰船都开始装备机械钟;而且工匠们开始将发展机械钟制造技术上升到了关乎海员生死存亡的高度来认识。1927年,在美国贝尔实验室工作的加拿大电子工程师沃伦•马里森根据压电晶体的原理发明了石英钟。
石英钟的问世,是钟表史上的一次革命性的变化。由于石英钟的精准度要高于机械钟,在20世纪下半叶石英钟开始不断取代机械钟成为人们日常生活中的计时器。目前世界上性能最好的石英钟,每天计时的准确性能够达到十万分之一秒,也即要经过差不多270年才会相差1秒。
1969年,日本精工公司的电子工程师山崎淑夫发明了以LC振荡器为动力的液晶电子手表;1973年,精工公司又推出了以石英振荡器为动力的石英表。由于石英表和传统机械表相比具有精度高、重量轻、价格低、易维护、寿命长等特点,它受到了人们的广泛欢迎。
随着科学技术的发展,科学家们又利用原子的磁共振现象发明了原子钟,现代铯原子钟可以实现2000万年误差不超过1秒;而现代锶原子钟则可以实现3亿年误差不超过1秒。收起