第十一章 一对一教学

sp;   “机械钟，确切地说，是重锤式机械摆钟。”朱由栋开始一五一十地给宋应星讲解机械钟的工作原理。

    为了方便理解，朱由栋把宋应星带到了后院的泥地里，一边用树枝在地上勾画者示意图，一边向宋应星讲解说明。

    重锤式机械钟以一个重锤提供驱动力，悬挂重锤的绳子缠绕在一根轴上，重锤下落，带动轴转动，并将转动传递给守时机构。守时机构包括一套擒纵装置和横摆，擒纵装置主要由棘轮和带棘爪的心轴组成，心轴上方与横摆相连。当棘轮在重锤的带动下转动，上方的轮齿推开心轴上部的棘爪，使心轴转过一个角度，而这样刚好又使心轴下部的棘爪转过来挡在下方轮齿的去路上，棘轮继续转动将它推开后，心轴就转回原来的位置，完成了一次摆动。心轴每摆动一次，棘轮都转过一个相同的角度，而这种摆动的频率通过连在心轴上的横摆得到控制，从而具有等时性，这样，将棘轮的运动通过中轴传递给表盘上的指针，指针就可以匀速转动了。

    此外，由于横摆摆动的频率与横摆的转动惯量和棘轮施加给它的力量大小有关，而后者又最终由重锤所受的重力决定，不易调节，因此为方便对钟表运转速度进行调试，横摆两端的配重物被设计成可以移动的，向外移则横摆的转动惯量增大，钟速变慢，向内移则转动惯量减小，钟速变快。这种钟的缺点在于，重锤提供的驱动力在维持主要机械部分运转的同时，也是推动横摆摆动的唯一力量，而这个推力是与横摆的摆动频率相关的，当重锤提供的动力经过数重机械结构最终传递到横摆以后，其间的误差已经积累得非常大了。因此这种钟走得很不准确。伽利略发现单摆的等时性以后，就开始研制利用单摆作为核心守时装置的计时器。

    单摆是能够产生往复摆动的一种装置，将无重细杆或不可伸长的细柔绳一端悬于重力场内一定点，另一端固结一个重小球，就构成单摆。若小球只限于铅直平面内摆动，则为平面单摆，若小球摆动不限于铅直平面，则为球面单摆。

    单摆机械钟的机械动力仍由重锤提供，但擒纵器的摆动频率由单摆控制。一个与擒纵器心轴连在一起的L形杆伸向单摆，L形杆的杆头分叉，刚好卡住刚性的摆棍，单摆摆动时带动L形杆转动，从而把摆动的频率传递给擒纵器。摆钟的优越性在于，单摆的频率与推动它的初始力量无关，而只与重力和摆长有关，这样守时机构就真的不再受到动力机构的干扰了。

    朱由栋低着头勾画着示意图，口中滔滔不绝地讲解了重锤式机械摆钟的工作原理后，满怀信心地问道：

    “听明白了吗？”

    没有回应，朱由栋抬头一看，宋应星正一脸懵逼，使劲地摇着脑袋。

    “哪里不明白？”

    “哪都不明白！什么是驱动力？什么是速度？什么是角度？什么是频率？”

    这会儿轮到朱由栋一脸懵逼了！真是什么都不懂啊！沉思片刻后，朱由栋恍然大悟，现在可是大明朝啊！这里的人对于数学和物理的知识几乎是等于零啊！看来他只能把宋应星当成小学生来教了。