大家好，歡迎收看我的百家號親密愛人啊，今天小編要給大家的介紹的是擺鐘與指南針的發明。
擺鐘的發明
對擺的研究是惠更斯所完成的最出色的物理學工作。多少世紀以來,時間測量始終是擺在人類面前的一個難題。當時的計時裝置諸如日晷、沙漏等均不能在原理上保持精確。直到伽利略發現了單擺的等時性,惠更斯將單擺運用於計時器,人類才進入一個新的計時時代。當時,惠更斯的興趣集中在對天體的觀察上,在實驗中,他深刻體會到了精確計時的重要性, 因而便致力於精確計時器的研究。當年伽利略曾經證明了單擺運動與物體在光滑斜面上的下滑運動相似,運動的狀態與位置有關。惠更斯繼承了伽利略關於擺的研究。
他發現,單擺只是近似等時,真正等時的擺動軌跡不應是一段圓弧,而應是一段擺弧。他創造性地讓懸線在兩片擺線狀夾板之間運動,這樣的擺動就是一段擺弧。將這個發現運用於設計之中,惠更斯於1656年造出了人類歷史上第一架擺鐘,並將它獻給了荷蘭政府。這架擺鐘由大小、形狀不同的些齒輪組成,利用重錘做單擺的擺錘，由於擺錘可以調節,計時就比較準確。這台鐘的問世標誌著人類進入了一個新的計時時代。1657年,惠更斯取得了擺鐘的專利。1658年,惠更斯著《鐘錶論》書,對擺鐘的結構作了說明。
惠更斯詳細地介紹了製作有擺自鳴鐘的工藝,還分析了鐘擺的擺動過程及特性,首次引進了「擺動中心」的概念。他指出,任意形狀的物體在重力作用下繞一垂直軸擺動時,可以將它的質量看成集中在懸掛點到重心之間連線上的某一點,這樣,複雜形體的擺動就可以簡化為較簡單的單擺運動了。在研製擺鐘時,惠更斯還進一步研究了單擺運動,他製作了個秒擺(周期為2秒的單擺),導出了單擺的運動公式。後來,惠更斯和胡克均發現了螺旋式彈簧絲的振蕩等時性,這為近代遊絲懷表和手錶的發明創造了條件。
指南針的發明
指南針是利用磁鐵在地球磁場中的南北指極性而製成的一種指向儀器。是我國古代科學技術的四大發明之一。我國是世界上最早發現磁鐵指極性的國家。早在戰國時期,就利用磁鐵的指極性發明了指南儀器—司南。司南是用天然磁石琢磨成的,樣子像勺,圓底,置於平滑的刻有24個方位的「地盤」上,其勺柄能指南。不過,天然磁石在琢製成司南的過程中,容易因打擊、受熱而失磁,故司南磁性較弱,加之它與地盤接觸轉動摩擦的阻力比較大,難以達到預期的指南效果,所以未能得到廣泛使用。但司南畢竟是最早的磁性指南儀器,被視為指南針的祖先。
隨著航海事業的發展,需要有較好的指向儀器。經過長期實踐和反覆試驗,北宋時人們發現了人工磁化的方法,並以此製成指南魚和指南針。指南魚是用薄鐵片裁成魚形,然後用磁石磁場磁化法,使它帶有磁性。指南魚浮在水面時,魚頭指向南方。但指南魚磁性較弱,實用價值不大。指南針的製作則是以天然磁石摩擦鋼針,使鋼針磁化,產生指南的性能。和司南、指南魚相比,指南針簡便而又實用,以後的各種磁性指向儀器,都是以這種磁針為主體,只是磁針的形狀和裝置方法不同而已。
北宋沈括的《夢溪筆談》講述了幾種磁針放置法的試驗:把磁針橫貫燈芯浮在水上,架在碗沿或者指甲上,用縷絲懸掛起來等。從該書的記載來看,當時使用指南針指向還沒有固定的方位盤聯成一體的羅經盤,或稱羅盤。其方位盤為圓形,也有24個方位。羅經盤的出現是指南針發展史上的一大進步,人們只要一看磁針在方位盤上的位置,就能定出方位來。有關羅經盤的記載,在南宋的《因話錄》中即已出現。不過,此時的羅盤,還是一種水羅盤,磁針是橫貫著燈芯浮在水面上的。明代嘉靖年間,又出現了旱羅盤。旱羅盤的磁針是以釘子支在磁針的重心處,支點的摩擦阻力很小,磁針可以自由轉動。旱羅盤比水羅盤的性能優越,更適用於航海,因為它的磁針有固定的支點,不致在水面上遊蕩。
指南針的發明,有力地促進了我國航海事業的發展。12世紀以後,指南針傳到了阿拉伯國家和歐洲,大大推動了世界航海事業的發展和中西文化交流。指南針的發明,是中華民族對世界文明的一項偉大貢獻。馬克思曾把指南針和印刷術、火藥的發明稱作「是資產階級發展的必要前提」。