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当李申之通过各种花样百出的讲解,李宗之脑补了各种各样的花式逻辑之后,也不管到底科学不科学,反正李宗之最终按照自己的方式,理解了擒纵机构对于时钟的重要意义。
达成这一个小成就之后,李申之迫不及待地向自己二哥提出了制造一个摆钟的设想。
所谓擒纵器,其最核心的本质,是把变速运动的计时工具限定成间歇运动。
最常见的擒纵器,也是最容易理解,最容易制造的擒纵器,就是钟摆。
伟大的九年义务教育告诉我们,一个物体做钟摆运动时,它的钟摆周期只受到其摆臂的长度和当地重力常数的影响。
而当地的重力又只受到当地纬度和海拔影响,并且这种影响微乎其微,当计算答案不需要精确到小数点后的时候,甚至可以忽略不计。
于是可以假设,在某一个固定的地点,以及一个固定臂长的钟摆,其摆动往复周期是固定的。
对于宋人常用的计时器来说,不管沙漏也好,水漏也罢,其运行的速度都是不均匀的,那么便可以通过一个类似于钟摆的结构,结合齿轮的运动,来将其运动速度限制在固定的周期之内。
李申之向李宗之描述着自己所理解的摆钟原理:“二哥你看,这个摆钟是这样的,通过一个重物向下拖拽,拉动指针后面的圆盘转动,圆盘再带动表盘上的指针转动。指针转动一圈表示一天,如同日晷一般。”
李宗之点了点头,经过了水运仪象台的洗礼,这种简单的机械结构对他来说很容易理解。
李申之继续说道:“可是重物下坠之时,其速度会越来越快,指针转动速度也会越来越快。”
李宗之用自己的理解附和道:“其高愈上,其势愈猛,正是此理。”
李申之说道:“若是在其上加上一个钟摆擒纵器,每当钟摆摆至一侧最高点时,便能卡住齿轮让其停滞一瞬,从而止住重物下坠的势头,让重物重新从静止开始下坠。”
李宗之一拍大腿,恍然大悟道:“这样一来,钟摆每摆动一次,齿轮只能转动一格,进而指针在转盘之上也就只能转动一格。只需要设定好齿轮的大小以及钟摆的长度,再通过齿轮的比数调节,那么就可以用此物来计量时间,不论是阴天还是晚上,表盘上的指针便与日晷无异。”
李申之拍手叫好:“正是此理!”
可以想见,为了能够制造出合适的摆钟,李宗之一定能够发现钟摆的运动规律,进而发现李宗之钟摆定理。
兄弟二人设想的摆钟,其原理很简单,制造也不会太难,就是使用起来有些麻烦。
这种摆钟的运行,需要有专人操作,时不时地拨动力道衰竭的钟摆以避免其静止不懂,还得时不时地把重物重新复归高位,避免摆钟停滞不动。
然而在大户人家眼中,最不缺的就是人工。
家中奴仆丫鬟无数,就算专门安排一个人值守摆钟都没问题。
当李宗之还在醉心于摆钟设计的时候,李申之的思绪早已飘到了万里之外。
通过时间确定经度,再通过观星术确定纬度,这样经纬度的定位法,在陆地上用处或许不大。
华夏大地上经过祖先们上千年的活动,各地山川地貌早已繁现于典籍,各处界碑林立,只要愿意稍微下点功夫,至少在中原地区很难迷路。
这种定位法真正的用武之地,在海上。
当身处茫茫大海,展目四望不见任何参照物的时候,经纬度定位法可以准确地指示当前位置。
当然了,摆钟并不适合航海,波浪的摇摆会极大地削弱钟摆的准确性。
想要制造出适用于航海的钟表,还需要更稳定的擒纵器,比如弹簧游丝擒纵器。
这种发明制造不是一朝一夕的事,先提出一个设想,让那帮有钱有闲的宗室子弟们慢慢研究去吧。
没过多久,李宗之便按照两人的设想带回来一个摆钟,虽然已经很努力地进行了小型化处理,但最终成品依然有一人高。
还以为李申之会一路带去陕州,然后带去应天府,没想到李申之只是记录了一下钟摆的长度,以及内部的齿轮比,便将这个摆钟留在了临安城的李府。
制造摆钟的原理很简单,但是由于没有具体的数据,很多细节需要通过不断地实验来确定。
李申之想要的,其实只是这些实验数据而已。只要有数据在,去了应天府以后这样的摆钟想造多少造多少。
额外叮嘱了李二哥,让科学院把擒纵器的小型化,去重力化当成首要研发题目,并且想李宗之透露了飞轮、弹簧、陀螺仪的基本理念之后,李申之暂时也无法教给他们太多的知识了。
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