為什么上了發(fā)條的鐘表能準(zhǔn)確計時
光陰似箭,日月如梭。時間滴答滴答一秒一分的悄悄溜走,人們永遠(yuǎn)難以跟上時間的腳步。為了你能夠更好的利用時間,有的人會買款手表戴在手上提醒自己珍惜時間,可是大家知道為什么上了發(fā)條的鐘表能準(zhǔn)確計時嗎?下面就小編來給大家解答一下疑惑吧。
測量時間是生活的需要。時間長了還是短了,光憑感覺是不準(zhǔn)確的。客觀上需要一把&ld;尺子&rd;來測量時間。比如地球自轉(zhuǎn)的速度變化很小,要求不高時可以認(rèn)為是恒定不變的。將地球自轉(zhuǎn)一周的時間作為測量單位就是一個晝夜。再要對時間細(xì)分,就要尋找更短些的恒定運動作為測量標(biāo)準(zhǔn)。早在歐洲文藝復(fù)興時期的16世紀(jì),意大利的科學(xué)大師伽利略偶然注意到,即使教堂里來回擺動的吊燈的擺動幅度不斷變小,它每次擺動的時間卻總是恒定不變的。這個發(fā)現(xiàn)很重要,它提供了一種測量時間的簡易方法。只要設(shè)法用單擺帶動分針和時針轉(zhuǎn)動,就能制成準(zhǔn)確報時的機械鐘。
但是要使這種利用擺錘的機械鐘成為現(xiàn)實,還必須克服一個巨大的困難。擺錘在擺動時總不可避免地受到各種阻力的干擾,比如軸承里的摩擦力和氣流的阻力。于這些阻力的存在,擺錘的擺動幅度會愈來愈小,最后幅度減小到零就完全停擺了。為了解決這個問題,聰明的工匠發(fā)明了&ld;擒縱機構(gòu)&rd;。這個機構(gòu)一個擒縱輪和一個擒縱叉組成。擒縱輪和重錘連接,擒縱叉和擺錘連接。將重錘提升到高處后放手,重錘就在重力的作用下緩緩下落,同時帶動擒縱輪對擒縱叉產(chǎn)生沖擊。擒縱機構(gòu)的巧妙之處在于,無論擺錘朝哪個方向運動,沖擊方向總是和運動方向一致。擺錘每擺動一次,因阻力干擾而損失的能量,都能從擒縱輪的沖擊而得到補充,擺錘的擺動幅度也就不會衰減了。早在宋代,這種巧妙的擒縱機構(gòu)就已在水力驅(qū)動的&ld;水運儀象臺&rd;中得到應(yīng)用。1656年荷蘭科學(xué)家惠更斯設(shè)計出了第一座裝有擒縱機構(gòu)的擺鐘。
物學(xué)把作用在物體上的力和所引起物體移動距離的乘積稱為&ld;力對物體所做的功&rd;。如果物體的移動方向和力的方向一致,所做的功就是&ld;正功&rd;。正功作用的效果是增加物體的能量。如果兩者方向相反就是做&ld;負(fù)功&rd;,它的作用效果是減少物體的能量。在擺錘的運動過程里,摩擦力和擺錘的運動方向相反,而擒縱機構(gòu)的沖擊和擺錘的運動方向一致。當(dāng)摩擦力的負(fù)功正好得到擒縱機構(gòu)正功的彌補時,擺錘的能量就保持不變,擺鐘就能不停地擺動下去。
被摩擦力損耗掉的擺錘能量并不是憑空消失,而是以熱量形式轉(zhuǎn)換為另一種能量。擒縱機構(gòu)補充的能量也不是憑空產(chǎn)生,而是來自重錘的下降。當(dāng)重錘下降到最低點,就要用人力將它拉上去,擺鐘才能繼續(xù)運轉(zhuǎn)。補充能量的方法有很多,利用擰緊的鋼發(fā)條代替提升重錘是更常用的方法。在客觀世界里,能量不能憑空創(chuàng)造或憑空消滅,只能以不同的形式在不同物體之間轉(zhuǎn)換。這就是自然界中普遍存在的能量守恒定律。