事實上,初期的擺鐘的誤差達到了每天20秒,根本不實用。只有在後期使用熱互補償金屬作為擺臂後得以稍稍改良。最後的解決方案來自1759年哈里森改變了鐘錶依靠擺的歷史,換用了機械游絲作為簡諧振子,才得以解決。
關於這個傳奇般的鐘錶的出現以及其作用,以後還會提到。
現在李志只是先要把擺鐘做出來,精確率什麼的,先……不管了。
擺的長度確定了,然後需要在擺臂的某一個位置,安裝一個擒縱叉。這個叉子樣子不太像一個叉子,反像一個只有最兩邊齒的豬八戒的大釘耙。而且這兩個齒的形狀也不一樣,它們的功能一個是勾住齒輪,叫出瓦,一個是頂住齒輪,叫進瓦。這個叉子的中間聯這一個軸,使叉子和齒輪的關係是這樣的,擺讓擒縱叉擺到出瓦的位置時,出瓦抬起,把勾住的齒輪的一齒送走,同時進瓦下落,把新進來的齒輪的齒頂住。然後隨著擺回復到另一端的位置,出瓦慢慢下落,回到勾住齒輪齒的位置,而進瓦則慢慢抬起,讓它頂住的齒滾進來兩齒之間的位置。
這就是一種簡單擒縱叉的結構和運行。李志靠嘴說的時候,二女還迷迷糊糊,等到逐漸用銅片挫出實物,實際演示以後,二女的眼神變得看到神跡一樣。
「夫君,這可真是巧奪天工,神鬼之能啊。」王語嫣緊緊的抱著這個半成品不肯放手。
崔英更是不堪,完全忘記了淑女的儀態,一臉癡呆的看著滴滴答答行走的擒縱叉,口水都要滴下來了。
李志覺得好生掃興:「去去去,今天先到這裡,趕緊安排好生活,明天接著干!」
三人草草吃了飯,第二日繼續剩下的結構的製作。
因為設計的擺的週期是3秒,因此一個齒對應的週期也是3秒,所以這個對著擒縱叉齒輪的齒數,是20個。然後它同軸帶有的小齒輪,一周作了6個齒,對應嚙合的大齒輪便是分針,按照一比六十的傳動比傳動,這個比較大的傳動比,不得不使用了一個一比十和一個一比六的齒輪串聯。還好時針就好做了,比率是一比十二。秒針,時針,分針之間,都僅用一個傳動齒輪。在用兩個銅片和硬木製成的托架上鑽孔,把這些齒輪安裝好,接上指針。
對了,還差了動力。動力選用的是重錘帶動的動力,在一個粗齒輪上掛上鐵鏈串的兩個重錘,然後經過幾個加速齒輪,帶上秒針的驅動端。一切組裝完畢,指針就每1.5秒一格的走動起來。
「好了,成功了!」李志宣佈擺鐘項目有了一個良好的開始。
二女更是如同得到新玩具的小孩,開心的不得了。
擺鐘在真實的歷史中不是中國人發明的,但仍然是有可能是中國發明的。北宋年間的水力渾天儀,便使用了擒縱機構的原理。只是這個擒縱機構的等時性,仍然是使用水的流速恆定時,填滿水斗以後帶動機括使擒縱機構行走的。只能說雖然古人有非常聰明的設計的頭腦,但仍然錯過了很多重要發現的機會。
擺鐘在此時最重要的作用,第一是樹立皇家製作的威望,能推出跨時代精巧的機械作品。第二則是斂財手段。唐朝中期人民富足,非常追求奢華和稀奇古怪之事,因此,李志打算皇家作坊全面開展各種類型擺鐘的製作,除卻皇家少量使用和封賞以外,全部按月投放市場,價高者標。甚至李志把專營商舖開在東市和西式的商業計劃都想好了。
那將是大唐第一個連鎖百貨商場,擁有拍賣場,精品店,服裝店,小吃攤,圖書和其他小商品的綜合商舖。名字就叫新天地。,計劃在東市和西市各開一家,發揮皇家可以使用驛道物流的優勢。將來還要在富足的東都洛陽和江南的建康開業。
當然,擺鐘是容易被仿製的,李志的首要任務,就是培養起一批專業高效的鐘錶製作師,他們將擁有統一的,專門的工具,統一的度量衡標尺,並且使用流水線工序,在統一標準下生產。
李志有信心,哪怕被仿造,他名下的擺鐘,也是製作最精確,利潤最高的。
在工匠吸收消化擺鐘的簡單原理以後,再讓他們仿製報時系統,八音盒,甚至布谷鳥鐘的運動玩具小人,就有了人才基礎。
不斷推陳出新的自鳴鐘藝術,足以掏空唐朝人的腰包。於是,李志的充滿了貪婪的眼光,就看向了崔英。
「崔小娘子,以後你是我東宮的執事,專司擺鐘的工匠的培訓,擺鐘的生產。以後設計更多的大小型號的擺鐘。我會安排專人負責帳目。」
「殿下,我可是女子,怎可當執事?」
「你的意思,便是女人做不了了?」李志看她頗有躊躇,便忍不住激上一激。
「殿下可不要輕看女子。民女必將不辱使命。」說完了又是一個福禮。
李志拱手回禮,然後說:「擺鐘此事尚未了結。為了讓擺鐘走時準確,我們還需要用太陽日調校一番。」
按照天文學的定義,24小時,指的是每一個太陽日的長度。
但其實,人們在很長的一段時間內,沒法認識到每天的長度並不相同這個事實。因為在鐘錶發明以前,地球人唯一對時方法,便是通過日晷。當太陽兩次經過天中最高的時間,稱為視太陽日。而一年的這個太陽日的平均時間,則是平太陽日。
地球因為在自己的公轉軌道上,是順進的,也就是自轉和公轉是一個方向。因此,24小時也就是定義的一個平太陽日的時間,並不是自轉360度的時間,而是自轉360度59分。差不多是361度。
考慮到地球的公轉軌道並不是均勻的,而是有近地點和遠地點,還要考慮月球的攝動。因此,視覺太陽日,也就是每一天太陽轉360度的時間,是不相同的,它和24小時有一定的時差。按照2000年的數據,這個時差在2月11日最小,意思是視太陽日比平太陽日長14分15秒,然後在4月15日達到零點,也就是這一天的視太陽日是準確等於24小時的。然後在5月14日,視太陽日到達一個最大點,比24小時短3分41秒。然後視太陽日繼續變長,在7月26日為慢6分30秒,9月1日回到零點,11月3日到快16分25秒,然後在12月25日回到零點。
可以看出,這個時差最大和最小,查了半個小時還多!
可想而知如果單憑太陽對時,造成的誤差可是多麼大了。加上鐘錶的誤差,航海員對經度的確定,可見模糊到了一個什麼程度。
如果只按照北緯30度上的經度來計算,差30分鐘的話意味著相差多遠的距離呢?
赤道上的1經度等於110千米,而北緯30度上一經度等於110千米乘以30度的餘弦也就是……0.866,一經度就等於95公里。
一小時對應的是360/24等於15度的經度,所以誤差30分鐘,距離就意味著差了714公里!這是什麼概念呢?就是你可能在山東青島,也可能在韓國!那還定位個屁呀!
當然,這個均時差是全球適用的。如果使用季節和時間觀測好的星圖紀錄,可以抵消掉均時差的影響。因此,哈里森的h4型精確度達到每天0.06秒的航海鐘,也必須結合航海星圖才能準確的定位經度。
不是鐘錶不準時,而是太陽不準時啊!
小問題:北京的經度是東經116度24分,那麼北京時區的時間,是北京的當地時間嗎?