钟表计时的原理——振动

　　钟摆的摆动，秋千的荡动，心脏的跳动，小鸟飞开引起的树枝颤动等等，都是围绕一个中心位置不断地往复运动，这种运动叫振动。

　　用一根细线把小钢球悬挂起来，这叫单摆，是最简单的振动系统。如：将小球稍微推离平衡位置，然后放手，它就开始摆动。假如没有空气阻力，小球将一直摆动下去，永不停止，这种运动叫无阻尼振动。实际上由于空气阻力，小球最终要停止在平衡位置上。

　　仔细观察摆动过程，可以发现小球来回摆动一次所需的时间总是一样的，这是单摆的等时性。这个时间称为振动的周期。一秒钟内物体振动的次数叫振动的频率，单位是赫兹，如一秒钟内完成10次振动，它的频率是10赫兹，一次振动所用时间为1/10秒，周期就是1/10秒。

　　小球摆动时偏离平衡位置的最大距离叫振幅。实验表明，单摆的周期取决于悬挂小球的细线长度，与小球质量、摆动振幅无关。

　　单摆的振动是最简单的，实际的振动现象要复杂得多，不仅有机械振动，还有电磁振动、原子振动、它们都遵循相同的振动规律。

　　振动是一种很普遍的运动现象，由于它的等时性，长期以来人们用这个原理来制作钟表。世界上第一架摆钟是1650年德国物理学家惠更斯制作的。此后利用振动原理计时，使时间的计量发生了突破性变化，大致经历了机械摆钟、石英钟、原子钟三个历程。老式的挂钟靠摆轮和游丝；电子表是利用电磁振动的等时性来计时的。石英钟是利用石英晶体振动的等时性来计时的。世界上第一架原子钟是1949年美国国家标准局制作的。由于原子钟振动频率特别稳定，因此原子钟十分准确，30万年也相差不到一秒。

　　钟摆带动擒纵器来控制齿轮转速，擒纵轮（有点像齿轮，但每个齿两边角度不对称，往一边偏）在发条的带动下，会有旋转的趋势，钟摆每摆动一次擒纵轮只能转动一个齿的角度。

　　由于钩子和齿所设计的角度原因，会使放开时齿会对钩子做功，而钟摆所受的阻力又很小，因此钟摆就会一直在动，直到发条没有势能为止。