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时光流逝魅力依旧的钟表(1)

开篇之前我们先讨论一个表友们经常提的问题——机械表的魅力究竟在哪?

抛开复杂深奥的内容不谈,我们接下来就用最通俗和直接的语言来把这个问题弄清楚。如果你也感兴趣这个问题,那么就请跟随我一起开启今天的钟表发展史之旅。

时至今日我们很明白一个道理,有了电,有了石英表、电子表,有了今天的电子产品,精准绝对不是机械表的强项。而机械表的昂贵又该从何种角度去看待呢?机械表作为艺术品或者奢侈品,我们很直观的是看到它的精美打磨、贵金属、钻石等的应用,以及它的精美的打磨和纯机械装置实现的复杂功能所体现的美轮美奂的视觉冲击。

但我想说的是,去欣赏和品位钟表,我们还要了解钟表背后一些文化和精神。我们应该能够从滴滴答答的运动中,感受到那些曾经在钟表发展过程中,不断探索,创造,贡献了自己一生心血和智慧的前辈们,是如何推动钟表技术不断发展的;从他们的作品和创造中我们可以更好的认识钟表这种记录时间的机械装置所包含的无尽魅力和精神。

在钟表产生以前,人们已经开始用各种方法去度量时间,比如沙漏,比如用燃烧的香,再比如再早的日晷,晚上看星星,白天看太阳。后来产生各种以水为动力的各种装置,中国有水运仪之类的,但是这些还不属于现代的钟表起源,因为他们的动力装置不是机械发条,而且这些装置上控制震荡周期的装置还没有产生。

水运仪象台,代表早期中国钟表历史

水运仪象台,宋朝(1088年)天文学家苏颂等人创建。是集观测天象的浑仪、演示天象的浑象、计量时间的漏刻和报告时刻的机械装置于一体的综合性观测仪器,实际上是一座小型的天文台。这台仪器的制造水平堪称一绝,充分体现了我国古代人民的聪明才智和富于创造的精神。我国已故著名的钟表大师、古钟表收藏家矫大羽先生提出了“中国人开创钟表史”的观点

不得不感叹这个时候我们国家在时计领域足够进步,可是经过历朝历代的更替和对前朝文化的摧毁,能完整留下来并得以发展的不多,今天想来让我们感到无比的心痛。

人类真正迈入钟表计时阶段应该是从教堂上的钟开始,那是14世纪的事情,在在欧洲的英、法等国的高大建筑物上出现了报时钟,钟的动力来源于用绳索悬挂重锤,利用地心引力产生的重力作用。这个原理一直沿用到今天很多钟依然是靠重锤作为动力。这样的动力方式有很大的好处,就是很线性,说白了,只要重锤不降到底,它输出的动力就是均衡的,请注意,这个在很长一段时间是非常重要的!——直到出现了很好的发条材料以后。

 

钟表早期悬挂重锤

接下来人们开始琢磨把动力装置做的更小,于是在接下来出现了发条。大约15世纪,16世纪,出现了铁质发条。而此时,一个问题突出的显现了出来,由于发条动力输出不是线性的,而且当年的铁质发条材质也是在不够理想,这就更刺激了钟表中一个核心装置的进化——擒纵机构。接下来的数百年,擒纵结构的演变和进化不断的使钟表的精准度得到提高。同时许多钟表届的英雄人物悉数登场了!

在1583年,意大利人伽利略建立了著名的等时性理论,也就是钟摆的理论基础。有个故事,说在伽俐略十八岁那年,一次到比萨教堂去做礼拜,他注意到教堂里悬挂的那些长明灯被风吹得一左一右有规律地摆动,他按自己脉搏的跳动来计时,发现它们往复运动的时间总是相等的。就这样他发现了摆的等时性,伽利略发现这个挂灯摆动逐渐平息的过程中,每次摆动所用的时间并不改变。这一发现引起了伽利略的思考:是不是其他的摆动也跟吊灯相似,摆动一次的时间跟吊灯摆动幅度的大小没关系?吊灯的轻重又是否不影响摆动一次的时间呢?回家后,他继续研究,发现并提出了单摆的等时性。后来荷兰物理学家惠更斯根据这个原理制成挂摆时钟,人们称之为”伽利略钟”。

说白了这个理论就是不论摆动幅度大些还是小些,完成一次摆动的时间是相同的。所以当发条动力大一些,钟摆的摆动角度大(摆幅大),反之小。而摆动周期基本不受影响。——其实惠更斯研究发现当摆角大于5度时,偏差会增大。——当然太专业难懂的东西这里直接忽略。精彩的人物给我们带来了精彩的内容,有了钟摆,钟向着准确又迈进了一步。

伽利略提出了著名的等时性理论,也是钟摆的理论基础

伽利略:1564年2月15日-1642年1月8日

这里我们要提到一个问题,钟摆是如何控制钟的走时的,也就是我们说的擒纵结构的工作原理。

早期的擒纵结构不成熟,有诸多的问题,在今天看来有些怪异,工作状态也和今天的“杠杆式擒纵机构”(lever escapement)不一样。刚才我们说的早期的教堂钟用的多是一种叫做“机轴擒纵机构”(verge escapement)

机轴擒纵机构(verge escapement)

擒纵结构的作用就是周期性的阻挡和放开一下连着发条一层层传递出来的齿轮转动,使得齿轮的转动比较匀速,这样才能使得钟表走时较准确。

机轴擒纵机构的发明者已经无从考证了,但是这种结构足够简单好用,尤其是对于那种静止不动的大钟。

我们今天用的大钟上面的擒纵结构是一种锚式擒纵的改进结构——直进式擒纵机构,大约发明于17世纪末到十八世纪初。我们今天的钟走起来滴答滴答的声音,就是擒纵结构发出的。

锚式擒纵结构

锚式擒纵的图片

锚式擒纵结构简图

锚式擒纵的简图

改进的直进式擒纵结构

改进的直进式擒纵结构

接下来我们研究一个更有趣的话题,钟是如何变成表的呢?

要知道钟的结构有个问题,就是不能搬动,甚至不能随意的倾斜,且不说大的重,就算做小了,随意搬动它会造成擒纵结构工作失灵,钟就停了。那么手表是如何克服这个问题的呢?

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