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摆钟的工作原理

由:马歇尔的大脑

一个重要的主题

重量背后的想法是作为一个能量储存装置,这样时钟可以运行相对较长的时间无人看管。当你给一个由重量驱动的时钟“上发条”时,你拉一根绳子,就能举起重量。这样就有了重量"势能在地球的重力场中。我们马上就会看到,时钟利用重量下降时的势能来驱动时钟的机制。

假设我们想用一个下落的重物来创造一个最简单的时钟——一个只有一根秒针的时钟。我们想让这个简单时钟上的秒针像任何时钟上的普通秒针一样工作,每60秒转一圈。我们可以试着这样做,正如右图所示,只要把重物的绳子系在a上然后把第二只手也绑在鼓上。当然,这是行不通的。在这个简单的机械装置中,释放重物会使滚筒以最快的速度下落,以每分钟1000转的速度旋转,直到重物砸在地板上。

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不过,它正朝着正确的方向发展。假设我们放入某种摩擦鼓上的装置——某种刹车片之类的东西能让鼓减速。这可能会奏效。我们肯定能够设计出一些基于摩擦的方案,让秒针大约每分钟转一圈。但它只是近似的。随着空气中的温度和湿度的变化,装置内部的摩擦也会发生变化。这样,我们的秒针就不太准了。

所以,在17世纪,想要制造精确时钟的人试图解决如何让秒针每分钟转一圈的问题。荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯是第一个提出使用钟摆的人。摆之所以有用,是因为它们有一个非常有趣的特性(钟摆来回摆动一次所花费的时间)钟摆的摆动只与钟摆的长度有关重力.因为重力在地球上的任何一个点都是恒定的,唯一影响钟摆周期的就是摆长.重量的多少并不重要。也不是钟摆摆动的弧长。只有钟摆的长度才重要。如果你不相信,可以试试下面的实验!

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