時鐘的發明

clock伽利略

一五六四年二月十五日一日,伽利略出生於義大比薩斜塔鄰近的房舍中。似乎他從出生開始,就和這座比薩斜塔結下了不解之緣。他的父親是一流的數學家,也是一位作曲家和義大利的錦標笛手,可是這些都沒有讓他為他的家庭帶來財富,伽利略的童年是在貧困之中過的。由於這樣,父親決心不讓他成為一個音樂家或數學家,因為這兩項職業在義大利是不太容易生活的;在父親的引導下,伽利略做過短期販賣布料的商人,隨後又進入比薩大學習醫。
這個時候,伽利略已經十八歲了,腦海裏充滿了奇異的思想,竟然對天主教堂裏一盞擺動的燈火表示興趣,他凝視這盞左右擺動的燈火,右手指按住左腕的脈博,心裏默默的計算燈火擺動的次數。

那一盞又一盞的燈火在教堂裏不知道擺動了多少年,也不知道有多少人看到過它們的擺動,可是從來就沒有被人注意過,更沒有人知道在擺動中,竟然隱藏了偉大、奧祕的科學定理。他對於單擺的等時性覺得非常的奇怪。所謂等時性,就是從一端擺至另一端所需時間相等,當單擺的運動逐漸衰緩下來時,所走的距離越來越小,單擺卻能調整它的速度,以便使擺動等時。

經過再的觀察和深思熟慮,伽利略發現了單擺振動的定律。後來,另一位科學家海更斯根據這個定律,發明了時鐘。

海更士(Christiaan Huygens,1629~1695),荷蘭物理學家、天文學家、數學家。

1656年開始,海更士首先將擺引入時鐘,發明了擺鐘,世界上第一台擺鐘是1657年按照他的設計由科斯特製造的。為此出版了《擺鐘》(1658)及《擺式時鐘或用於時鐘上的擺的運動的幾何證明》(1673)兩書。後者是海更士的代表作之一,體現了他以全新的理論給出了數學上的完全解,從而解決技術設計難題的特點。例如,書中提出了著名的單擺周期公式,指出單擺的運動不嚴格等時。而後他從證明擺線(即旋輪線)的幾何性質開始,進而研究在機械上的應用。利用擺線理論設計出嚴格等時的擺鐘結構。他提出了複擺的完整理論,還用擺求出了重力加速度的準確值,並建議用秒擺的長度作為自然長度標準。他在這本書及另一部著作《關於運動及離心力》裡,提出過有關圓周運動及離心力的若干重要結果,包括向心加速度概念和公式,這是有助於牛頓發現萬有引力定律。海更士還研究了簡諧運動及彈簧振動,並用游絲代替掛擺,設計出許多種鐘錶等時結構(如海上用以測量地理經度的懷錶等)。

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