八年級物理全冊第二章運動的世界第二節(jié)長度與時間的測量鐘表的歷史演變素材新版滬科版

Page3鐘表的歷史演化我們知道，鐘表是計時器的一種。在鐘表獨創(chuàng)以前，我們的先輩已經(jīng)起先利用各種方法來度量時間。比如，依據(jù)太陽光線的位置推斷時間的日晷，運用沙子的流淌記錄時間的漏斗，也有人把它們叫做“太陽鐘”和“沙鐘”。但是這些不屬于“鐘表”概念的范疇，因為鐘表計時的原理是通過能夠產(chǎn)生振蕩周期的裝置來計算時間。有關(guān)鐘表的發(fā)展歷史，大致可以分為三個演化階段：一、從早期天文計時器中漸漸脫離;二、從大型的報時鐘向微型化過渡;三、腕表的發(fā)展和電子技術(shù)的運用。每一階段的發(fā)展都是和當時的技術(shù)獨創(chuàng)分不開的。早期的天文計時器英國聞名的科技史學家李約瑟在《中國科學技術(shù)史》中曾經(jīng)講解并描述出段一被沉沒了六個世紀的歷史。他說當西方的鐘表在17世紀初進入中國的時候，其實它們裝配的“擒縱機構(gòu)”的雛形已經(jīng)出現(xiàn)在600年前的中國。公元1088年，我國宋代科學家蘇頌和韓工廉等人制造了天文觀測儀器——“水運儀象臺”，它是把“渾儀”“渾象”和機械計時器組合起來的巨型機械裝置。高約12米，7米見方，分為三層，上層放渾儀，進行天文觀測：中層放渾象，可以模擬天體運轉(zhuǎn)作同步演示，下層是該儀器的心臟部分，計時報時、動力源都在這一層中。因為天象的運轉(zhuǎn)是以時間為基礎(chǔ)的，而通過機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)時間的運行就必需有能夠形成時間間隔的裝置，這樣便出現(xiàn)了早期的“擒縱機構(gòu)”。這個中國古代的宏大獨創(chuàng)在世界鐘表史上具有極其重要的意義。由此，我國聞名的制表大師、古董鐘表保藏家，鐘表歷史學家矯大羽先生首倡提出了“中國人開創(chuàng)鐘表史——鐘表是中國古代五大獨創(chuàng)之”的觀點。獨立運轉(zhuǎn)的機械鐘14世紀初，位于歐洲的意大利、英國。法國等國的教堂等建筑物上出現(xiàn)了機械報時鐘，因為報時鐘的運行須要持續(xù)的動力來源，所以當時采納的方法就是用繩索懸掛重物，利用地心引力產(chǎn)生的重力作用帶動一系列機構(gòu)的運轉(zhuǎn)。此時大型的機械鐘主要采納“機軸擒縱機構(gòu)”(VergeEscapement)，或者叫做“疆狀輪擒縱機構(gòu)”(Crown-wheelEScapement)，主要的組成部分由一個形似西方王冠造型的“冠狀輪”作為擒縱輪，它的凸齒與“機軸”上的兩個“擒縱片”相咬合，而充當“調(diào)速器”的是兩端裝有重物的“擺桿”，它位于“機軸”的頂端。這個時期具有代表性的鐘，包括，意大利人GiovannideDondi(1318-1389)于1364年左右在帕維亞(Pavie)建立的天文鐘，1386年建立的英國Salisbury教堂鐘以及1389年制造的法國Rouen大鐘等等。在15世紀中期由于獨創(chuàng)了鐵制的發(fā)條，這樣就使體積浩大的鐘有了新的動力來源，也為鐘的小型化創(chuàng)建了條件。1459年，法國制鐘匠就為查理七世制作了第一個發(fā)條鐘。1510年，德國人PeterHenlein(1480-1542)制作了發(fā)條鐘，1525年左右，JacobZech也制造了具有均力圓錐輪(Fusse)裝置的便攜式發(fā)條鐘。在16世紀時期，法國的制鐘中心位干Blais和Strasbourg等地區(qū)。1583年，意大利人伽利略(Galileo，1564-1642)建立了聞名的等時性理論，也就是鐘擺的理論基礎(chǔ)。荷蘭科學家惠更斯(ChristianHuygens，1629-1695)在1656年應(yīng)用伽利略的理論設(shè)計了“鐘擺”，其次年在他的指導下，年輕的鐘匠SalomonComer制造勝利第一個擺鐘。1658年，AhasuerusFromantee在英國也制造了擺鐘?；莞乖?675年再一次獨創(chuàng)了“游絲”，這樣就形成了以游絲作為裝置的調(diào)速機構(gòu)，它為制造便于攜帶的懷表供應(yīng)了有利的技術(shù)條件。表的出現(xiàn)以及發(fā)展早在15世紀后半期，在意大利已經(jīng)出現(xiàn)了有關(guān)表的記載，這主要是由于發(fā)條的獨創(chuàng)起到了關(guān)鍵性的作用。到了16世紀初，在法國和德國也有表的出現(xiàn)其中最聞名的應(yīng)當是德國的“紐倫堡蛋”(NurnbergEgg)，它具有卵狀的外觀造型并且只有一根時針。事實上這個時期所謂的表，主要是指運用了發(fā)條動力以及機軸擒縱機構(gòu)的小型計時器但是它們已經(jīng)形成了懷表的雛形。16世紀中期以后，隨著金屬擺輪的出現(xiàn)，它作為調(diào)速裝置漸漸代替了早期位于機軸上的擺桿，所以在17世紀制作的早期表中，我們已經(jīng)能夠見到機芯內(nèi)轉(zhuǎn)動的擺輪裝置。18世紀是懷表發(fā)展的黃金時期，有很多制表大師的獨創(chuàng)被應(yīng)用在各類作品中。在英國，JohnHarrison(1693-1776)制作了一系列的航海精密計時器，使懷表的走時精度達到了一個高水平，由于走時精確度的大大提高所以這個時期的懷表已經(jīng)運用了秒針。1704年，JacobDebaufre和NicolasFatiodiDuillier(1654-1753)首創(chuàng)寶石軸承，在肯定程度上減小了機芯中齒輪與夾板之間的摩擦力。法國人JeanAntoineLepine(1720-1814)于1760年左右制作了一種機芯，把傳統(tǒng)的多層夾板結(jié)構(gòu)進行了突破性的變更，所以使得懷表的厚度相對變薄，歷史上稱之為“Lepine機芯”，后來有很多懷表機芯夾板的排列方式都受到了它的影響。同時，瑞士的鐘表工匠也在探究新的領(lǐng)域，1770年左右，Abraham-LouisPerrelet(17290-1826)獨創(chuàng)了自動上條的機械時計，而他本人也因此成為制造自動表的先驅(qū)人物。聞名的鐘表大師——Abraham-LouisBreguet(1747-1823)同樣誕生在這個鐘表旺盛的時代，他在18世紀末期獨創(chuàng)了“陀飛輪”(Tourbillon)機構(gòu)，在過去的200多年中，這種機構(gòu)始終被認為是最困難的鐘表機械裝置之一，而Abraham-LouisBreguet在世界鐘表歷史上也被稱為“表圣”。18世紀中葉，在遠離歐洲的美國也出現(xiàn)了制表工匠，他們?yōu)楹髞砻绹姳砉I(yè)的崛起創(chuàng)建了條件。在1700-1800年期間獨創(chuàng)了各種各樣的擒縱和調(diào)速機構(gòu)，為懷表的進一步發(fā)展奠定了深厚的基礎(chǔ)。1725年，英國人GeorgeGraham(1673一1751)改良了“工字輪擒縱機構(gòu)”(CylinderEscapement)，其擒縱輪齒的形態(tài)類似于中國的“工”字，這種機構(gòu)直到20世紀早期還應(yīng)用在表機芯中。1730年，Jean-BaptisteDutertre(1715-1742)獨創(chuàng)了“復式擒縱機構(gòu)”(DuplexEscapement)，莫擒縱輪具有雙層結(jié)構(gòu)并且?guī)в屑恺X。1754年，英國人ThomasMudge(1715-1794)獨創(chuàng)了“英國叉式擒縱機構(gòu)”(EnglishLeverEscapement)，進一步提高了懷表計時的精確度，并且在1769年為喬治三世的王后制作了帶有此種機構(gòu)的懷表。如今，我們運用的機械表中的擒縱機構(gòu)就是以他的獨創(chuàng)為雛形的。1775年，JohnArnald制作了“沖擊式擒縱機構(gòu)”(DetentEscapament)，運用在精確度比較高的精密計時鐘表中，而且他也是s螺旋狀游絲的獨創(chuàng)者。在同一時期，雙金屬補償擺輪、球形游絲等調(diào)速機構(gòu)裝置也被應(yīng)用在懷表中。伴隨著鐘表機構(gòu)創(chuàng)新獨創(chuàng)的不斷涌現(xiàn)，懷表制造技術(shù)也在持續(xù)地發(fā)展。1741年，法國制鐘匠NicholasFardoil獨創(chuàng)了切削齒輪的機器，緊接著WilliamBlakey在1744年制造了切削齒軸的工具。1776年，法國制表大師FredericJapy(1749-1813)領(lǐng)先采納了機器生產(chǎn)機芯的基板。進入19世紀的工業(yè)革命時期，GeorgesAugusteLeschot(1800-1884)采納名為“Pentograph”的機器生產(chǎn)鐘表零件，使得鐘表零件的標準化成為可能。瑞士人Georges-FedericRaskopf(1813-1889)也為制造低價而普及的懷表做出了貢獻。與此同時，美國鐘表工業(yè)有了長足的進步并且起先批量生產(chǎn)各式懷表。1875年，中國也出現(xiàn)了民族鐘表工業(yè)(據(jù)矯大羽先生的權(quán)威資料《美華利五十年紀念冊》推斷，1875年是