伽利略的摆钟：对早期机械钟的重大贡献

摆钟的发明

对改进早期机械钟作出重大贡献的，是伟大的意大利科学家伽利略。他发现了摆的等时性原理。关于等时性原理，我们可以简单地作这样解释:

当摆(单摆)获得一定动能时，它便从静止位置“0”向位置“1”运动，摆不断升高，到达最高点“1”以后，速度为零;随后又在重力作用下向下运动。经过“0”时，它的速度最大，然后摆向位置“2”，达到最高点位置“2”时速度为零，以后又在重力作用下往回摆动。实验证明，它每摆动一周，所经历的时间都是相等的，这就叫摆的等时性原理。

摆的均匀摆动是人们继滴漏之后发现的一种真正的人造周期运动。从17世纪早期起，西方的工艺家们便把它运用到时钟上，作为稳定的“定时器”，使机械钟能够指示出“秒”，从而把计时精度提高了近100倍。

随着社会生产力的发展，世界上使用齿轮机械的计时器诞生了。最早的要算是我国宋朝苏颂等人发明的“水运仪象台”，国际上称之为“苏颂钟”，计时甚为精巧。1955年英国剑桥大学教授德里克·丁·德索拉·普顿斯与李约瑟在追溯钟的家世时，认为苏颂钟是现代天文钟的鼻祖。

摆钟是17世纪时才发明的。相传意大利天文学家伽利略在年轻的时候，有一次到教堂中去念圣经时，看见主教台上的吊灯在摆动。他就数自己脉博跳动的次数，来计量吊灯来回摆动的时间，发现了吊灯来回摆动一周的时间是一样的，也就是摆动周期不变，这个规律叫做摆的等时性。后来伽利略根据摆的等时性原理，在1640年设计了摆钟。它的结构虽然简单，但是现在的摆钟就是从它发展起来的。

历史上头一个制作出实用的摆钟的人是荷兰的惠更斯。他在1656年做的一个摆钟，比当时的任何钟都准确。两年之后，1658年，英国科学家虎克制造了有摆轮的怀表。167年英人丹尼索·勒康制成的怀表有两根针(时针与分针)，表面直径约6厘米，便于携带。(www.xing528.com)

最初的钟表只有一根时针，公元1550年前后增加了分针，1760年才出现秒针。3根针的出现，表明钟表制造技术已经有很大的提高。

最精确的钟表是天文台上的天文钟。天文钟有好几种，最有名的是里弗列尔钟与邵特钟。普通的摆钟是放在空气中，由于空气的温度、气压、湿度等的变化，会影响摆的摆动周期，使钟走得不那么均匀准确。里弗列尔钟是放在玻璃罐中，罐中的空气已大都抽空(真空)，减少了气压变化的影响。再将钟放在很深的地下室内，那里一年中的温度变化不超过1度，能使钟运行得十分均匀。里弗列尔钟在一昼夜中的变化约为1/ 100秒。

更精确的天文钟是邵特在1920年发明的钟(称之为邵特钟)。它的特点是有两个摆。一个是自由摆，它控制子钟的摆，强迫它和自己同节拍地摆着。子钟的摆与钟表机械连在一起，指示时间。邵特钟走一昼夜的误差在1/1000秒左右。邵特钟被认为是机械钟表中最好的一种。

天文钟都存放在恒温恒压的地下室内，人们不轻易到那里去(因为人的体温与呼吸会改变地下室内的温度)，那么，怎么知道时间呢?原来，天文钟都另设有一个钟面，它用电线与地下室内工作的母钟连系，这个地面上的钟(叫工作钟或子钟)的时刻与母钟的时刻是一致的，人们只要看地面上的工作钟，就知道时刻，真可说是“上下一条心”。

邵特钟的精确度是很高的，人们曾经利用它发现了地球自转的不均匀性。但是它还不是最高的，而且它也害怕震动，一次不大的地震就会使摆钟停顿或走得不准确。