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计时仪器的发明和发展

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计时仪器的发明和发展钟表是人们日常生活、学习、工作和进行科学生产、管理、研究必备的计时仪器,其历史是伴随着人类文明史而发展从远古时代的日晷、滴漏进展到现代化的机械钟表、石英电子钟表、原子钟表的历程,记录了人类社会的进化和工业文明的发展中国是世界上最早发明计时仪器的国家远古时代的日晷和漏壶是我们祖先创造的最简单的计时器,利用太阳的影子和滴水或流沙的恒定交流量计算时刻有史料记载,汉武帝太初年间(纪元前 104-101 年)由落下闳创造了我国最早的表示天体运行的仪器——浑天仪东汉时期(公元 130 年)张衡创造了水运浑天仪,为世界上最早的以水为动力的观测天象的机械计时器,是世界机械天文钟的先驱盛唐时代,公元725 年张遂(又称一行)和梁令瓒等人创制了水运浑天铜仪,它不但能演示天球和日、月的运动,而且立了两个木人,按时击鼓,按时打钟第一个机械钟的灵魂一擒纵器用于计时器,这是中国科学家对人类计时科学的伟大贡献它比十四世纪欧州出现的机械钟先行了六个世纪宋朝(公元 1092 年)苏颂和韩公廉等创制了著名的水运仪象台,它把浑仪、浑象和机械性计时器都组合在一起,成为世界上第一座以水为动力,装有擒纵装置的自呜机械天文钟,但最有价值的还是苏颂为《水运仪象台》撰写了详细设计说明编成《新仪象法要》一书,记载了水运仪象台的全部结构,并绘制了60 多辐 150 多种零部件的附图,这是世界上第一部图文并茂的天文计时器专著。

现陈列在北京中国历史博物馆的水运仪象台就是根据《新仪象法要》复原制造的元代初年,大科学家郭守敬(公元 1276 年)创造了著名的大明殿灯漏,是初步脱离了天文仪器范围,成为独立的机械性计时器这是计时器发展史上,又一个伟大成就明代初年,约公元 1360 年詹希元又创造了以流沙代水做动力,防止天寒地冻,仪器不能运行采用了完整的齿轮系和凸轮机构,发明了“五轮沙漏”,并以指针时盘指示时间,采用敲鸣报时,是完全脱离天文仪器的独立时钟机构这个发明比欧州同类计时器出现早了二百多年英国科学家李约瑟博士在 1956 年三月份英国《自然》杂志上发表的“中国的天文钟”一文中指出了“中国天文钟的传统,是后来欧洲中世纪天文钟的直接祖先”封建统治的束缚,限制了科学技术及钟表技术的发展,在明代以后的二百多年中,我国的计时器的发展成效甚微,终于被后来发展起来的西洋钟表取而代之西洋的计时器也是经过水钟和机械钟两个阶段但一直到十三世纪还没有脱离水钟的阶段到十四世纪(约 1370 年)在法国著名的亨利·德维克创制的钟上才采用了比较完备的齿轮系,并用重锤代替水力,经过约两个世纪的漫长时间,才造出了比较现代的机械时钟1583 年,著名的意大利物理学家伽利略在实验中发现了“摆”的等时性,1656 年,荷兰数学家、物理学家和天文学家惠更斯继续伽利略的理论研究,建立了数学摆的力学原理,创造了“摆钟”理论,开创了精密计时学的新纪元。

1658 年,以“摆”做为钟表调速器的惠更斯摆钟问世,从此,摆钟就成为座钟的一个主要形式,目前广泛使用的就是这种摆钟盘簧(发条)的发明给时钟的小型化创造了条件,而摆的发明进一步提高了时钟走时的准确性,使摆钟长期以来被作为最好的时间标准1675 年,惠更斯又采用摆轮游丝系统造出了一种便于携带的钟表也就是现代闹钟的前身随着自由锚式擒纵器的发明和怀表的微型化,十八世纪末由瑞士钟表匠制成了世界上第一块手表第一只石英钟出现在二十世纪二十年代,从三十年代开始得到了推广,从六十年代开始,由于应用半导体技术,成功地解决了制造日用石英钟问题,石英电子技术在计时领域得到了广泛的应用并取代机械钟作了更精确的时间标准   明末清初,欧洲的西洋钟表开始进入宫廷,并逐渐占据中国市场,带动了我国钟表制造业的发展,先后在南京、广州、苏州、上海等地陆续出现了制钟的手工作坊由于生产效率及其低下,没有能力积聚资本,因此从清代末年开始,逐渐被进口钟表挤垮,到民国时期几乎全部被迫关闭解放前钟表工业和其他工业一样都遭到严重摧残,到 1949 年全国钟表工业已仅存几家奄奄一息解放后,在中国共产党的正确领导下,人民生活水平不断提高,国家根据需要,在制钟工业原有基础上,先后建立了很多钟表工业基地,使钟表生产迅速发展。

在轻工业部的领导下,设计出了全国摆钟、闹钟、手表、电子钟、石英钟的“统一机芯”为满足市场需要,钟表产品不断创新,花色品种日新月异,使中国成为世界钟表生产大国,为国民经济发展做出了重大贡献。

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