代替挂摆
钟大了确实是很不方便的,人们总希望有个随身携带的钟表。用发条当动力以后,钟总算从沉重的重锤下解放出来了,形状变小些了,可以做成能移动的了。
最早能携带的钟表,是法国国王路易十一的。他命令工匠为他做了一架比较小的钟,可以装在箱子里,用马驮着到处行走。一个名叫马丁·格雷的仆从,专门为国王看管马匹和时钟,国王到哪里去游玩,马丁就牵着驮钟的马跟在后边。马丁总要提醒自己,一是别忘了喂马,二是别忘了为钟上弦。因为马丁干着马夫兼“钟夫”的活计,路易十一每天要赏给他5块钱呢!怎样才能把钟做得更小巧呢?很明显,用挂摆来计时,钟就不能做得很小。
于是,不少人在思考着这样一个问题,能不能根据摆的原理,改进一个钟表的构造呢?你看,那钟摆总是一忽儿左,一忽右地摆动,每一次运动都在重复着上一次的运动。想一想,在我们周围还有没有类似的运动呢?找一根弹簧(用皮筋也可以),在弹簧下边挂一个小锁头,把弹簧挂起来,拉一下小锁,怎么样?小锁头上上下下地跳动起来了。仔细观察一下,它每次振动的时间总是差不多的,这就是它振动的固有周期。
用这样的弹簧就能当摆。国产的一种“逍遥钟”,它的摆就是个上下振动的螺旋型弹簧。那摆锤是件工艺品,它的样子可以多种多样,但是,重量是不能改变的。(www.xing528.com)
要是在老虎钳子或者其他工具上夹住一个钢片,用手拨动它一下,它也会左右振动起来,同时发出嗡嗡的响声。小钢片自由振动一次所用的时间,也是一定的,这是它的固有周期。用这种自由振动不是可以来计量时间吗?依据这个原理,几百年前的钟表工人制造出了摆轮游丝装置,代替了伽利略发明的单摆。今天使用的小闹钟、怀表、机械式手表的心脏都是摆轮游丝。
游丝是一根螺旋形的弹簧,一头安在摆轴上,另一头安在一个固定的地方。摆轮是一个圆圆的金属轮,牢固地安在摆轴上。摆轮一转,摆轴就转,摆轴一转,游丝卷紧,游丝一紧,就产生了弹力阻止摆轮再转。摆轮只好慢慢停下来,接着便又在游丝弹力的作用下向相反的方向摆动。当摆轮转到平衡位置时,游丝没有弹力了,可是摆轮却像个刹不住的大车轮,依然转着,这一下又使游丝反卷。那游丝不甘心反卷,便又产生反方向的弹力,使摆轮渐渐停下来,回过头,冲向平衡位置。当摆轮冲到平衡位置时,游丝又一次失去弹力,再一次被摆轮卷起。这样下去。如果没有外力的作用,摆轮游丝系统将永远摆动下去,而且,每摆一次的时间都是一样的,正像那来回摆动的单摆一样。
用摆轮游丝装置代替钟摆,在钟表史上是一次飞跃,它的起点就是闪光的思考:“能不能改变一下摆呢?”
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