計(jì)時(shí)器是如何工作的呢？

    從人類發(fā)明歷法以來，不時(shí)的嘗試發(fā)明各種計(jì)時(shí)工具，用以滿足生活、生產(chǎn)活動(dòng)的需要，不論日晷、克里斯蒂安·惠更斯的鐘擺、約翰·哈里森的航海天文鐘,沃倫·馬里森的石英鐘，拉比的原子鐘，都是人類探索計(jì)時(shí)器具征途中的關(guān)鍵里程碑。除了知道他做出的貢獻(xiàn)，探索的方向和價(jià)值又在哪里呢？下面我從時(shí)鐘的基本原理談起。

如下圖所示：

    對(duì)于時(shí)鐘，先不考慮具體的物理形式，其基本的思想是帶有進(jìn)位的計(jì)數(shù)器，

即有固定間隔，多少個(gè)間隔是1秒，滿60秒，加1分鐘；滿60分鐘加1小時(shí) 等等

      頻率源：以一個(gè)固定的頻率（周期）固定的出現(xiàn)信號(hào)的物體。可以是中自然現(xiàn)象如日晷上的影子，也可以是裝置活動(dòng)特征，如鐘擺的擺動(dòng)。

      計(jì)數(shù)器對(duì)頻率源計(jì)數(shù)，達(dá)到計(jì)時(shí)的目的計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)有不同的形式，機(jī)械鐘表聯(lián)動(dòng)的齒輪，電子時(shí)鐘實(shí)時(shí)時(shí)鐘，計(jì)算機(jī)里的軟件等。

      從上面的分析可以看出，一個(gè)時(shí)鐘器具計(jì)時(shí)是否準(zhǔn)確，主要取決與兩個(gè)部分：頻率源和計(jì)數(shù)器，這兩個(gè)局部任何一個(gè)制造和運(yùn)行隨機(jī)誤差，都會(huì)對(duì)計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確度發(fā)生重要影響。

      分析兩個(gè)時(shí)鐘來看一看頻率源和計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)鐘的影響，以及關(guān)鍵人物對(duì)計(jì)時(shí)歷程做出的貢獻(xiàn)。

      人類在機(jī)械計(jì)時(shí)器具構(gòu)建的過程中，zui重要的一布是頻率源的選取，這個(gè)頻率源要有穩(wěn)定的周期（頻率）又要方便被機(jī)械裝置識(shí)別（即能夠簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)機(jī)械計(jì)數(shù)器）zui早時(shí)音叉，但是音叉頻率與材料、形狀密切相關(guān)，當(dāng)時(shí)工業(yè)上很難制造多個(gè)在頻率上相同（或高度接近）音叉，所以音叉為基礎(chǔ)的計(jì)時(shí)器具精度很低，人工制造的計(jì)時(shí)器具和激進(jìn)天文還差的很遠(yuǎn)，大多數(shù)情況只能當(dāng)作一個(gè)的玩具。知道鐘擺的呈現(xiàn)，才得以改觀，

知道其中l(wèi)為擺長(zhǎng)，g為重力加速度，可以看出只與擺長(zhǎng)和重力加速度有關(guān)系。所以只要擺長(zhǎng)相當(dāng)，可以成批制造出周期相同的擺，雖然地理位置改變重力加速度g會(huì)改變，但是擺長(zhǎng)很容易調(diào)整，通過擺長(zhǎng)調(diào)整可以逆補(bǔ)重力加速度g改變。如果以重力擺為頻率源，那么便可以制造出和天文計(jì)時(shí)實(shí)用相當(dāng)?shù)臅r(shí)鐘。下圖為以重力擺作為頻率基礎(chǔ)的擺鐘原理示意圖。該類時(shí)鐘兩部份構(gòu)成：鐘擺和齒輪計(jì)數(shù)器。兩部份通過機(jī)械檔板連接，發(fā)條（彈性鋼片）作為秒（或更小單位）齒輪旋轉(zhuǎn)的初始動(dòng)力，鐘擺在通常位置時(shí)， 機(jī)械檔板鎖住秒齒輪，時(shí)分秒均不走動(dòng)，當(dāng)鐘擺擺到檔位位置時(shí)，機(jī)械檔板將秒齒輪松開，秒齒輪在發(fā)條的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)一秒，同時(shí)按比例驅(qū)動(dòng)分齒輪和時(shí)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)。

 這個(gè)設(shè)計(jì)看其來很，當(dāng)時(shí)航海待發(fā)現(xiàn)時(shí)代的呈現(xiàn)，這種簡(jiǎn)單的擺鐘暴露出了自己的弱電，不能滿足航海導(dǎo)航的需要。這個(gè)弱點(diǎn)或者缺陷是由資料性質(zhì)來引起的熱脹冷縮這個(gè)基本的原理作用在鐘擺的擺長(zhǎng)上，極大的改變了鐘擺頻率源的穩(wěn)定性，英國(guó)人約翰·哈里森

巧妙的解決了這個(gè)問題，設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜的穩(wěn)定彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)，使得溫度對(duì)擺鐘的精度的影響大大減弱，并獲得英國(guó)國(guó)會(huì)專項(xiàng)獎(jiǎng)金。從此以后，遠(yuǎn)洋輪上一直普遍使用著哈里林發(fā)明的天文鐘。哈里森的發(fā)明為后世無(wú)數(shù)的航海者們提供有效而可靠的儀器。