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第十三章 木质机械钟
动系只需要利用重锤的重力作能源,用于简易挂钟和落地摆钟是足足够用的了。重锤原动系结构简单,力矩稳定,利用钟锤下降的重力作能源,以机械振动系统为时间基准,实现计量时间和时段。

    朱由栋讲到这里,见宋应星紧皱眉头,好像一副来不及消化的样子,于是停顿下来,等待他的下一步反应。果然,宋应星开口问道:

    “老师,我还是不太理解,尤其是这个钟锤,它到底怎么用?”

    “钟锤就是原力,就是第一推动。”朱由栋进一步解释道。

    钟锤的作用是作为一个能量存储装置,因此时钟可以在无人值守的情况下运行相对较长的时间。拉紧绳索提起钟锤,在地球重力场的作用下赋予钟锤势能,钟利用的正是钟锤下落时的势能驱动机构进行运转。每个昼夜,钟锤落到地上一次,每天固定在辰时准点,再次拉紧绳索提起钟锤,新的一天重新开始计时。

    宋应星略微懂了的样子,又问:“那个棘轮装置,它看起来很复杂的样子。”

    “棘轮其实并不是复杂,而是一个神奇的装置。”

    棘轮装置中有一个轮齿带有特定形状的齿轮,还有一个钟摆,连接钟摆的是可以啮合齿轮轮齿的某种装置。钟摆来回摆动一次,齿轮的每次转动就会固定地有一个轮齿得到释放,称之为逃脱。连接钟摆的机械装置,被称之为锚,每次释放一个棘轮装置齿轮轮齿。

    棘轮装置齿轮的另一个作用是赋予钟摆足够的能量,使钟摆能够克服摩擦力并保持摆动。为了完成这个任务,锚和棘轮装置齿轮的轮齿被设计为特殊形状。如果齿轮的轮齿正确逃脱,钟摆每摆动一次锚都会在适当的方向施加一个轻推力。轻推力增强了钟摆克服摩擦力所需的能量,从而使它能保持摆动。

    讲解了这么多之后,朱由栋总结道:

    “尽管时钟内的所有齿轮使它看起来很复杂,但是摆钟的工作原理非常简单。总的来说就是这么几点,第一,钟锤可以为时钟的指针旋转提供能量,第二,棘轮装置由钟摆、锚和棘轮装置齿轮构成,可以精确调节钟锤能量释放的速度,第三,指针齿轮系使时针能够以正确的速度运转。”

    又经过了整整一个月,朱由栋和宋应星师生两人在和木匠师傅们的合作下,成功地打造出了木质的重锤式机械摆钟。作为这架机械钟的守护者,宋应星决定,他将每天辰时,等待着重锤最终落地的那一刻,然后立即拉紧绳索提起钟锤,从而开始新一天的计时。