第十一章 鐘擺迴圈 (第1/3頁)

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茅庚目前只想到時鐘，在這個時代做時鐘條件已很成熟，無須擔心不能完成時鐘這個題目。

這年頭彈簧不知道有沒有，發條應該是沒有的，那蓄能裝置就用懸掛的重錘好了，擒縱機構就用最簡單的單擺式擒縱機構。事實上，1350年出現的時鐘就是重錘單擺式時鐘。

這其中，單擺式擒縱機構是這種時鐘的核心機構，也是最精巧的部分，不過自己明白其中的原理，完全可以透過畫圖設計、圖上模擬，以及透過反覆試驗搞出實用的擒縱機構。

單擺原理是後世每一個高中生都學過的，實在是最基本的物理原理。茅庚前世在八十年代還經常見到鐘擺式座鐘或者掛鐘，反正上中學的時候講到單擺老師就以鐘擺式時鐘為例，老師在臺上講：真空中單擺會一直迴圈往復地擺下去，每一次擺動的時間都絕對相等。

當然不加外力可以永遠擺下去的單擺只是存在理想中，因為現實既不是真空，也不可能是零摩擦。在這一點上，物理老師分明是揭示過理想和現實是有很大的差距的，但是作為學生，前世的茅庚，並沒有因此認識到現實的嚴酷。直到理想在現實中一次次碰壁，茅庚這才感覺人生真的便如單擺，擺過來擺過去的就是這麼點意義——區別只在於有人擺得高有人擺得低而已。可是，現實中人生這個擺，你還得不斷克服無所不在的阻力，才能繼續擺下去。

好吧！鐘擺式時鐘的原理就那麼簡單！所謂鐘擺式擒縱機構，最重要的就是兩個構件，一個是輪緣上帶有一圈等距排列的的尖齒的擒縱輪，一個就是帶左右鉤齒的擒縱鉤。簡單地說吧，儲能裝置——最原始的就是不斷下降釋放勢能的重錘——將驅動力傳到擒縱輪，擒縱輪獲得驅動力之後，第一時間就要轉動，但是由鐘擺帶動的擒縱鉤透過左右兩個鉤齒給擒縱輪的轉動設定了一個限制，只能轉一格停一下，停一下再轉一次。

簡單而言，就是鐘擺每擺動一次，右側的鉤齒就釋放一格擒縱輪尖齒，讓輪子轉動一格——這叫縱——可以理解為踩油門的意思，轉動一格之後，左側的鉤齒隨即卡住擒縱輪的另一個尖齒使得擒縱輪停下——這叫擒——可以理解為踩剎車的意思。直到鐘擺再擺一次，再又重複一縱一擒，如此迴圈往復。

反正，在擒縱鉤一縱一擒之下，擒縱輪始終不能連續旋轉，而只能是間歇性轉動，鐘擺每擺一次，擒縱輪轉動一格。理論上鐘擺每擺一個來回時間都是一致的，因此理論上每次轉動的間歇時間也是相等的，於是便具備了計時功能。

開過自動波小車的人可以想象一下，你只要掛上自動檔，不加油門小車也有怠速，不踩剎車小車就會前進。然後你間歇性的放開一下剎車，再踩一下剎車，這樣一放一剎，體驗一下一縱一擒的感覺，你大約就能體會機械鐘錶的擒縱機構是怎麼回事了。

單擺式時鐘利用的是單擺往復擺動時間相等的原理，來實現每一次擒縱時間耗時相等。不過單擺機構所佔空間不小，使得這種時鐘無法實現小型化。進化後的機械鐘錶，則用上了更為精巧的遊絲式擒縱機構，這一來體積便可以大幅縮小。

單擺式擒縱機構另一個設計奧妙處，就是擒縱輪還得透過擒縱輪尖齒與擒縱鉤鉤齒的碰撞將驅動力傳給鐘擺，使得鐘擺能夠始終維持擺幅，迴圈才能一直繼續。

只要這個擒縱機構搞出來，其他就都是一些輔助機構，什麼齒輪棘輪之類的，也就不再有多大難度，對於茅庚來說，那些只是多一點工作量而已。

這兩天，茅庚就開始根據零散的記憶在畫圖。事實上，只有原理記得不差，實用的鐘擺擒縱機構的構造是無法靠記憶復原的，只有根據原理重新設計一遍。設計當然不輕鬆，要在圖上模擬運動軌跡，還有鉤齒和尖齒的相互作用力分析，以此設計出運動軌跡和相互作用力均能滿足鐘擺擒縱要求的結構，實在不是一時半時就能完成的。

相對而言，蘇頌搞的那個水運儀像臺在設計上就容易實現多了，水運儀像臺號稱是史上第一個使用擒縱機構計時的裝置，傳說中，水運儀一擒一縱的時間間隔是透過注滿固定容積的水桶而確定的。只要給水運儀水桶注水的水源其水面高度不發生改變，注滿水桶的時間就是個恆值，注滿一桶水之後，帶動水運儀計時機構做一次間歇運動——這是“縱”，然後有相應的剎車機構使之及時停住——這是“擒”，這個注滿的水桶隨即倒空，就這樣完成一個擒縱週期。等下一個水桶再注滿水，又開始下一個擒縱週期，如此迴圈往復，以實現計時功能。

這是在宋時，蘇頌的智慧可謂獨步一時，設計

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