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精准不是梦摆轮游丝的前世今生一-【资讯】

发布时间:2021-07-15 17:45:12 阅读: 来源:玻璃棉毡厂家

一枚质量仅有百分之几克的元件将时钟从机械装饰转变为科学仪器,足够精准的时间测量助力航海家探索海洋,随后又将人类带入太空,摆轮游丝(Balance Spring/Hairspring)的故事是一段奇妙的冒险旅程。

积家Reverso Tribute Gyrotourbillon球型陀飞轮翻转腕表组装

混沌伊始,天地唯有黑暗和空虚;制表始创,至关重要的螺旋弹簧尚未萌生。早在文艺复兴时期,为了或多或少规范钟表机制的速率,制表师们殚精竭虑,青丝变白发。彼时,怀表大多挂在脖子上,或者缠绕腰间,甚少处于静止状态,振荡器不断受到干扰,因而走时精准度也就实在不敢恭维。游丝脱胎自猪鬃,“细如发丝”的表达毫不夸张。在这个精致的金属元件(形状如同阿基米德螺旋主发条)发明之前,当摆轮完成半周期振荡,就是凭借猪鬃的弹性摆动复位,这是一个经常被忽略的事实。因此,早期的“机轴擒纵机构”(Verge Escapement)依靠有机物维持振荡:这难免令人惴惴不安,因为大气湿度的微小变动就足以影响机制运作,所谓失之毫厘,谬以千里。

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革命性创新

这种混杂金属和有机毛发的机制既不成熟,也不实用,但却成功地激起了十七世纪(被历史学家称为“黄金时代”)科学家和学者的兴趣。时间本身并无意义,历史因伟人之名变得厚重非凡。让我们记住那些先行探寻时钟规范运作的饱学之士:伽利略、牛顿、惠更斯、Abbot Jean de Hautefeuille、以及英国数学家和物理学家罗伯特·胡克等等,他们都想方设法,提高对应年代时钟的规范性。尊享盛名的激励,名留青史的渴望,到了1630年代,科学家们开始寻求规范时钟速率,进而惠及所有便携式计时仪器的方法。

这是一个艰巨的挑战,堪比寻找哲学家的石头和永动机。最初,天文学家伽利略通过观察,发现了摆的等时性,并以此为基础构想出一种(虽然不完美)机器。时钟的替代元件出现在1659年,荷兰数学家和天文学家克里斯蒂安·惠更斯将钟摆悬挂在螺纹上,并采用与擒纵机构非刚性连接的方法。这引出了一个棘手的问题,即如何确保时钟的精准计时?1660年,布莱士·帕斯卡(机械计算器发明者)针对摆轮不规范运作提出了他的解决方案。布莱士·帕斯卡建议应用纤比人类头发的扁平游丝,将其与调节摆轮相连,以防止时钟受到轻微冲击或突然移动时失去平衡。制表师们本该抓住这个想法;然而它却被遗忘在不知名的角落。

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争议性专利

广泛共识,1675年1月23日,克里斯蒂安·惠更斯被认定为游丝的发明者。这种纤薄的螺旋状弹簧改变了游戏规则,将时钟的精度提升了一个数量级,然而发明的所有权仍有争议,并引发了制表行业第一次真正的论战。克里斯蒂安·惠更斯向伦敦皇家学会的秘书发送了一封加密信件,简要解释了游丝的改良,被正式宣布为“inventor of the balance spring”(摆轮游丝的发明者)。此举立即引起了其他学者和著名制表师的抗议。Abbot Jean de Hautefeuille(时年28岁)声称早在惠更斯之前就已将这种原理概念化。而IsaacThuret(惠更斯委托他制造采用游丝的原型时钟)立即向Colbert提供了第二个样品,但这一次是以自己的名义。才华横溢的发明家罗伯特·胡克抛开缄默,声明早在1665年,他就提出了以纤薄螺旋状弹簧装配时钟的创意,并绘有证明图纸。

毫无疑问,惠更斯受益于胡克的研究,前者借鉴了后者的结论推进了自己的理论。但应该指出的是,作为著名科学家,惠更斯也提出了光的波动理论,并发明了一个元件。这个元件和自由式擒纵机构(棘爪或杠杆)结合,将时钟从机械装饰转变为科学仪器。短短一年时间里,此前没有配备游丝的时钟纷纷吐故纳新。曾几何时,十七世纪的时钟一潭死水,亘古不变;仿佛一夜之间,它们突然成为可靠的测量仪器,每日走时误差仅有5分钟。

游丝

日期:1675年1月23日

发明者:荷兰人克里斯蒂安·惠更斯

目的:使时钟更加精准

质量:小于0.05克

应用:摆轮振荡的等时性

结果:摆轮振幅恒定,时钟计时精准

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