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为什么中国是机械表|为什么中国是机械钟的祖先,却没有发展出近代钟表?

时间:2019-12-02

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最近,去了安亭镇的“大来时间馆”,欣赏了几百座各个时期、各式各样的精美的机械钟,叹为观止。

提到机械钟,大部分人会说,中国最早的机械钟是从西洋传过来的。也对,也不对。很多人不知道,早在欧洲人14世纪制作机械钟表以前的1000多年,中国就已经开始以制作天文仪器的方式进行机械计时器的制作,集大成者是北宋的苏颂、韩公廉于1088年制成的“水运仪象台”,其中的“天衡”类似近代钟表中的擒纵装置,此外还有十分完备的报时功能。就连英国著名科技史专家李约瑟也曾说,水运仪象台“可能是欧洲中世纪天文钟的直接祖先。”

不过,自此之后,中国在钟表研制方面再无发展,近代中国的机械钟确实是被西方传教士带进来的。为什么?

力学是近代自然科学中最早精确化的学科,近代计时手段的演变和力学的发展特别是动力学有着相互依赖、相互促进的十分紧密的联系。让我们来观察一下钟表的内部构造。任何一种钟表,都有三个核心部分,这就是动力部分、传动部分和振动部分。

  • 动力部分,就是让钟表“动起来”的动力源,要产生持续性机械运动,首先就需要持续的动力来源。现在,你送孩子一块“斯沃琪”手表,连小孩都知道,手表得装了电池后才能走。电池是现在的电子钟表的主要动力源。但最早的电池在18世纪末期才被发明出来,这之前呢?钟靠什么动?原始阶段,依靠的是不稳定的大自然动力,如流水动力,就像前面提到的“水运仪象台”;后来,就靠机械动力,一开始是利用地球引力的重锤;大约到了15世纪初期、中期,发明了“发条”,其原理就是使弹簧片卷曲缩紧,卷曲的簧片在松开复位时会向外释放出张力。

  • 传动部分,就是通过一组齿轮为其它装置传递动力。一般会使用三四个齿轮,利用高速–低速的齿轮比,把动力的力矩由大变小,到最后一个齿轮,动力已经变小了。否则,你一上发条,振动装置就“刷”地飞快运动,一下子就把动力用完了。

  • 振动部分,是“钟表”计时的关键,有一个做均匀等时周期运动的振动装置,比如:“摆”,用“摆”作为振荡器实现能量分割和走时;后来又发明了游丝,来控制摆轮的频率和规律性。此外,最重要的,还有一个擒纵机构,这是钟表最核心的装置。虽然通过齿轮的动力减递,振动装置已经可以“慢”一点动了,但对于“走秒”来说还是太快。这个擒纵器,就是让最后那个齿轮不要转那么快的结构:“抓”一下,让它停住;再“放”一下,让它走一点(所以咱们中国人也形象地称之为“卡子”)。这也就是钟表“滴答”声的来源。

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