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浅谈机械钟表发展史上的那些事儿

2019-05-10  给我一双...

  时间对于人类的重要性不言而喻,古人很早就开始研究计时工具,古巴比伦王国发明了土圭,原理是根据太阳投影长短和方位的变化来判断时间。我国古代也有类似的发明:日晷、漏壶、沙漏等等,漏壶、沙漏是利用水流和沙流的流量计时。这些发明虽然能让人们对时间有个大概的了解,但不够精准,如果想要知道精确的时分,是无法做到的。

日晷

  钟表的出现解决了这一难题,它绝对是计量、指示时间的精密仪器。通过钟表,人们可以既方便又精准地计算时间。那么,最早的机械钟是什么样子呢?

  我国是世界上发明机械钟最早的国家,由东汉张衡发明的水运浑象仪,由齿轮将浑象和计时漏壶联结起来制作而成。漏壶漏水推动浑象匀速旋转,转一周就是一天。江山代有才人出,到北宋时期,宰相苏颂和韩公廉等人创制的水运仪象台又多了一个小装置——擒纵器,号称是机械钟表的“心脏”。

水运浑象仪

  欧洲古老的机械钟,出现在14世纪,它是由挂在绳子一端的重锤所驱动,绳子的另一端绕在一个轴上,随着重锤的下降,轴相应地转动,再通过齿轮带动钟的指针旋转。

  1510年,德国锁匠彼得·亨莱思首创用钢发条代替重锤,创造了用冕状轮擒纵机构的小型机械钟表,然而这种表的计时效果并不理想:发条若是上得太紧,指针就会走得过快;发条若是上得过松,指针就会运行的慢。

  但这一缺点很快就得到了改进,捷克人雅各布·赫克设计出了一个锥形涡轮,再加上一卷发条组成表的驱动机构,发条卷紧,力作用于锥形涡轮的顶端;发条放松,拉力减弱,力作用于涡轮底部,涡轮的形状恰好能补偿发条作用的变化,这样一来,钟表机械就可以保持匀速地运转,不会出现“发条不同的松紧导致时针走速不同”的现象。

  大约在1582年,伽利略发明了重力摆,1657年,惠更斯将重力摆引入到机械钟里去,制作出了世界上第一台精确的摆钟,这是机械时钟史上的一大事件。

  相比之前需要通过驱动机构来推动运作的钟表,摆钟显然要省事得多,利用地球的重力来推动。再到后来,单摆被应用于时钟,时钟的精度也因此越来越精确。到了17世纪中期,钟表的误差每天只有10分钟左右了。

  近代西方的机械钟表是在明末时期传入中国的,1601年,意大利传教士利玛窦献给明代万历皇帝两座自鸣钟。正是这两座钟对我国的机械钟制造产生了深远的影响,据说,当时利玛窦还对其进行了改造,为了使其适应中国的计时习惯,将24小时改成了12时辰,将阿拉伯数字改成了中国数字,并且将一天分为一百刻,将每段又分为一百分。

  1660年,英国人胡克发明了游丝,用来控制摆轮在等时的往复运动,这个钟表里弹性元件的出现让钟表向着更加精密的方向发展。

钟表游丝

  机械钟虽有很多结构,但工作原理大同小异。它的组成原件为原动系、传动系、擒纵调速器以及指针系上的条拨针系条等。在18-19世纪时,钟表制造业已经逐渐实现了工业化生产,20世纪,电子工业的迅速发展,催生了机械时钟的发展,电池驱动钟、电机械表、数字式的石英电子钟等等产品逐一问世。

  机械时钟发展史还曾出现不少有意思的花絮,航海钟便是其中之一。航海钟,顾名思义,就是用于远洋航海的精密时钟。航海钟,发明于17世纪的后半期,当时轮船在出海航行时没有技术手段来测量经度,都是利用航海钟记录本初子午线的时间,再和船只所在位置的正午时间进行对照,通过差值换算所在位置的经度。

  欧洲各国为了争夺海上霸权,纷纷投入资金寻找测量经度的方法,英国自然是最活跃的一位,出台了法案,宣称只要有人能找到海上测量经度的方法,就能拿到2万英镑。约翰·哈里森,这位自学成才的时钟制作大师历经万难最终领取了这一奖励。

英国钟表匠 约翰·哈里森

  这是一段漫长的战役,哈里森在草图得到天文台台长哈雷,就是发现哈雷彗星那位的认可之后,便开始着手制作。历经5年的时间,哈里森才制作出第一台航海钟H1,重达34公斤。哈里森进行了测试,发现它比当时所有的测量方法都要准确得多,但是精益求精的他并没有满足于此,又在这一基础上进行后续的改进,先后创造出H2、H3,但是这一个个庞然大物并不方便携带,哈里森也是头大。一次偶然,他发现了小型高频振子并加以运用,虽然已是60岁的高龄,哈里森仍不介意重新来过,设计理论大改之后制作出来的H4只是比怀表大了一点点,然而,这已是6年之后。

H1航海钟

H2航海钟

H3航海钟

  设立奖项的委员会让哈里森的儿子带着H4进行测试,远征牙买加,81天的海上航行发现,H4就只慢了5秒钟,误差远远小于委员会制定的最大限度。

H4怀表

  “经度之战”中,英国获得了先机,为海上争霸打下了基础,奠定了世界霸主的地位,由此可见,获取精准时间意义重大。如今,航海定位再也不是遥不可及的梦想了,钟表也进入了微电子技术与精密机械相结合的石英化新时期,获取准确的时间、位置都是非常简单的事情。

  文章来源:青雅钟表-国内领先进口机械钟零售集团

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