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第二部分2（第3页）

在水钟、沙钟以后，人们发明了机械钟。从古老的挂钟到细巧的快摆手表，都有一个摆。只有不停地走动的摆才能指示时间，才能使钟表走得准确。

摆是谁发明的？世界上第一个用摆的振动来计时的钟是怎样制造出来的？

1583年，在意大利比萨城里，有个叫伽利略的青年到教堂中去礼拜。他看到一盏绳索吊在屋顶下的铜灯被风吹动，灯就慢慢地前后摆动着。这种摆动是一种普遍存在的自然现象。长期都未引起人们的注意，而伽利略却抓住了这个现象：摆动既平稳又均匀，每次摆动的时间是否是一样呢？当时还没有钟表，没法比较。

后来，在课堂上，老师说：“一般来说，人脉搏的次数是稳定的。”这给了伽利略以启示：能不能用脉搏来测定那盏吊灯的摆动周期呢？他再次做礼拜时，用手指按着自己的脉搏默数次数，同时仔细观察吊灯往返的摆动。他发现灯的摆动，每次经历的时间总是一样。虽然，摆动的幅度会越来越小，直到完全静止为止，但摆动一次所用的时间却不见变小。实验还发现，绳子越短，每一次摆动经历的时间也越短。他终于发现，摆的摆动周期和幅度无关这个单摆摆动的等时性规律。

伽利略很想用摆来指示时间，由于当年宗教的盛行，科学真理的传播被禁锢了。伽利略没有能如愿。

1656年，荷兰科学家惠更斯对伽利略发现的单摆等时性规律又作了进一步研究，制造出世界上第一个用摆的振动来计时的时钟。这种摆钟大致分为摆动部分和计数部分两大结构。计数部分通常采用指针和度盘式数字显示。而利用这种原理制造出来的机械钟在世界上应用了300多年。

为什么摆会摆动呢？这同地球的吸引有关系。当摆在位置上失去平衡的时候，重力和线的拉力不在一条直线上，产生了一种使摆返回平衡位置的力，引起摆动。单摆运动的周期和地球的吸引力有关系，因此，必须在同一地方，地心吸引力相同，摆才能具有等时性。

早期的机械钟都是造得较大的。英国伦敦议会大厦有座巨大的钟—大本。大本有四个钟面，在四角形的塔上，每边有一个，每个钟面的直径8米。它的分针有3。5米长，钟面上的数字高75厘米，钟摆有200千克重。

人们为了改进钟表，使它造得更细巧，于是想到了一种弹性物体，因为单摆的摆动是一种振动，而弹簧也能自由振动。人们发现，构造一定的弹簧，它的频率总是不变的，根据这个原理，制造出了摆轮游丝。游丝是一根螺旋形的弹簧，一头安在摆轴上，另一头安在一个固定的金属片上。摆轮向左或向右推动，游丝时而卷紧，时而松开。有了摆轮游丝，人们造出了怀表和手表。

为了使手表走得准，人们不断加以改进。手表转轴上安上钻石，减少磨损，使寿命长，手表制造注意到了防震、防水、防磁性能，发明了自动表、日历表、快摆表等。手表走得准确与否，同摆轮游丝的周期有关，摆轮周期越短，摆得越快，走得越准。人们制造出快摆手表，摆轮每秒钟来回摆6次，比普通表快上一倍，它走上一天，误差只有6秒钟左右。

电钟和电子表

机械钟的走时往往因温度等的变化而有快慢。一般来说，温度偏高走时偏慢，温度偏低，走时就偏快。现在，在机关、工厂和学校，机械钟已经被电钟所代替，因为用电流推动的电钟’，结构更加简单，走时更加准确。

用电做动力的钟叫电钟。最简单的用交流电驱动电钟是一部结构简单的电动机。它带动一系列的齿轮变速装置，驱动表针指示时间。

北京火车站有只钟叫“子母钟”，有一只母钟，还有一只子钟。母钟的摆不停地来回摆动，每隔一分钟就向外转送电流。当子钟接受到一次脉冲电流，机械装置就驱使分针跳上一格。它不用安装巨大的摆和发条，它的动力换成了电。

1952年，美国发明了电动表，用化学电池作动力，代替机械手表中的发条。化学电池提供的能量比较稳定，所以走时精度有了提高。但是，由于电池的电能是经由机械接点传给摆轮的，而机械接点开关次数多了，很容易损坏。这种表没能推广。可是，它为手表指出了方向，手表以电池作动力，不久电子手表应时而生，得到飞速发展。

半导体发明后，电子手表已经历了4代的演变。

1963年，瑞士研制成了“摆轮游丝式电子手表”，这是第一代。这同电动手表不同的地方，是用晶体管、电阻等元件构成无接点开关电路，来代替易损坏的机械接点。它不需用发条，齿轮系统受力小，磨损较少，因此使用寿命长，走时精度比电动手表略高，它在60年代，曾风行了世界市场。

另一种音叉式电子手表，也是用电池作动力的。它用一个小音叉和晶体三极管无接点开关电路构成的音叉振**系统来代替摆轮游丝振动系统。原来，只要把音叉轻轻一敲，音叉就会发出振动而发出一定频率的声音。这种会唱歌的“摆”，在能干的电子线路的伴奏下，唱出了优美的时间之歌。音叉的振动频率为每秒300赫兹，它走动时发出轻微的嗡嗡声。它产生的时间信号，推动了秒针、分针、时针转动，指示出时间来。这种表误差小，每天在2秒钟以内。这是第二代。

这两种电子手表比起机械表来，最大的差异是动力的不同，而主要影响走时精度的振动系统，依然是机械振动。而第三、第四代电子手表，都是对振**系统进行改革后的产物。

60年代，出现了半导体集成电路，使电子元件微型化，人们才制成了石英电子手表。这是第三代，比机械手表走时精度高几十倍，每年误差60～180秒钟。

70年代，出现了液晶显示式石英电子手表，这是第四代，它每年误差不到30秒钟，走时精度就更高了。

石英钟

石英钟是一种用电流推动的钟，但不同于一般的电钟。它里面有一片石英晶体，当电流通过时，石英晶体由于电压而发生振**。它的振**频率十分稳定，控制的电子振**器使走时很精确。最好的石英钟，每1000年才差1秒钟，天文台不但用它来守时，也用它来测定地球自转速度的变化。

天然石英的单晶是水晶，化学家叫它硅石，是一种二氧化硅的化合物。水晶不仅可以作观赏用的工艺美术品，更重要的它是电子工业的“要角”。

1880年，法国科学家皮埃尔·居里和日阿克·居里兄弟俩发现了水晶在物理学上的重要现象。他们把水晶晶体切成平行的薄片，放在两块金属板之间，在外来重力作用下压紧或者拉长这种薄片，出现了一种奇怪的现象：在晶片的两端就聚积了相反符号的电荷。

水晶的这种特性，可以使水晶薄片在交流电作用下以高频率振动而产生超声波振**。

第一次世界大战期间，德国利用潜水艇突然袭击英法联军，舰船沉没，使英国海军顿失优势。后来，法国物理学家朗之利用居里兄弟发现的水晶薄片能产生超声波的原理，制造出了世界上第一架超声波探测仪，军舰上放置了这种仪器，发出声波，遇到障碍物反射回来，仪器接收到了回声波后，就可探测到敌潜艇的位置，于是有效地防止了敌潜艇的突然袭击，掌握了战争主动权。

把水晶切成单晶片后制成的水晶谐振器，是制造石英静电计、石英电子手表不可缺少的，人造卫星、导弹、飞机、舰艇、电子显微镜、电视、电报、电传、广播等都要用上它。

石英晶体的振动频率是非常稳定的。石英电子表里一般的频率为32768赫兹。而高频率石英手表里的振**频率达4194304赫兹，因此走时非常准确。

石英电子手表是由石英晶体振**器、振**电路、分频电路、整形放大电路、微型电机组成，依靠集成电路集成在一块小小的硅片上。它每隔1秒钟就可以输出一个脉冲电信号。振动频率快，走时很准确，每月误差为5～15秒。用放大电路把电信号变成强电流去推动电动机，这就是指针式石英手表。

自60年代后，石英钟有了更大的改进，一天的误差量一般不超过50-500微秒。

精确的原子钟

在现代科学技术飞跃发展的今天，原子能、航天技术和高能物理对时间的计量要求更加精密。一些同位素和各种粒子在百亿分之一秒内就蜕变。现代电子计算机在几千万分之一秒、几亿分之一秒，甚至十几亿分之一秒内要进行计算。

现代技术需要有一种更精确的国际标准时间。因为，如要有一秒钟误差，用六分仪导航的海员就可能产生14英里的偏差；相差l‰秒，宇宙飞船能飞出10米；每一秒钟，电子计算机可运算80万次……格林尼治时间已不够精确，可是它已在世界上用惯了，需要有一个折中办法来解决。