大明機械師第十一章一對一教學

朱由棟總算服了宋應星，招到了自己的第一個學生，在嶽麓書院開啟了一對一的教學模式。周峰湊熱鬧地：「哪有這樣就算拜師的，至少得端茶叩首吧！」

真是個好主意！朱由棟立即讓周峰遞給宋應星一杯茶。宋應星無奈地接過茶杯，向朱由棟叩拜道：「老師請喝茶！」心裏卻默念着：

沒想到啊沒想到，自己堂堂舉人一枚，竟然淪落到拜一個紈絝公子為師，真是丟盡了讀書人的臉啊！

簡單的拜師儀式之後，宋應星成為了書院的寄宿生，管吃管住。

此時，郡主已經消失得無影無蹤，或許是被她自己的餿主意給羞得沒臉見人了。通過今天的一群吃貨，朱由棟得到了一個教訓，靠食物只能引來吃貨，堅決不可取，要想吸引來機械人才，就得拿出過硬的產品出來。竟然開堂講學的內容是鐘錶，那就打造一個機械鐘出來，不怕沒有人慕名而來。

現在是大明萬曆三十三年，西方早已製造了初代的機械鐘。意大利的丹蒂製造出第一台結構簡單的機械打塔鍾，指示機構只有時針。最早用於歐洲中世紀的教堂，它是完全機械式結構，動力使用重錘，打鐘聲完全使用人工撞擊鑄鐘，因此當時一個塔鍾工程在建築和機械結構方面是相當複雜的。機械式塔鍾是指安裝在大型、高層公共建築物上的大型鐘。

塔除向人們提示時間外，還起着裝飾和美化建築物的作用。它以重錘為動力源，通過機械傳動帶動走機構指示時間，並通過敲打專門鑄出的「鍾」來報時。這類塔鍾結構龐大，精度較差，僅存於古老的建築物上。後來，德國的亨萊恩用鋼發條代替重錘，創造了用冕狀輪擒縱機構的型機械鐘。

但是，朱由棟並不打算打造一個以鋼鐵為材料的機械鐘，那樣需要用到稀缺的鐵匠，而且製造周期也太長了。因此，朱由棟的想法是利用伽利略發明的重力擺原理，先打造一個建議的木質重錘式機械擺鐘。

朱由棟決定教給自己的獨苗學生一乾貨，於是把宋應星叫到身邊，語重心長地道：

「之前你我講學的內容太水了，那是因為你還不是我的入門弟子。現在你竟然已經拜我為師，我決定給你一乾貨。」

朱由棟着，偷偷看宋應星的反應，本以為這傢伙會感到欣喜和激動，可是卻一也沒有反應，好像根本不當回事。

「你也知道日晷依賴於太陽，漏刻依賴於液體，都無法獨自完成計時，那麼有沒有一種裝置，不需要依賴任何東西，可以獨自地運行，永無止境地進行計時呢？」

朱由棟發起了一個疑問，終於引起了宋應星的注意。

「不可能！」宋應星的反應非常激烈，顯然，他並不相信有這樣的東西存在。

「當然可能，而且我們還要把這個裝置給打造出來。」朱由棟不經意地裝逼道。

「那是什麼裝置？」宋應星的語氣終於有了學生的樣子。

「機械鐘，確切地，是重錘式機械擺鐘。」朱由棟開始一五一十地給宋應星講解機械鐘的工作原理。

為了方便理解，朱由棟把宋應星帶到了後院的泥地里，一邊用樹枝在地上勾畫者示意圖，一邊向宋應星講解明。

重錘式機械鐘以一個重錘提供驅動力，懸掛重錘的繩子纏繞在一根軸上，重錘下落，帶動軸轉動，並將轉動傳遞給守時機構。守時機構包括一套擒縱裝置和橫擺，擒縱裝置主要由棘輪和帶棘爪的心軸組成，心軸上方與橫擺相連。當棘輪在重錘的帶動下轉動，上方的輪齒推開心軸上部的棘爪，使心軸轉過一個角度，而這樣剛好又使心軸下部的棘爪轉過來擋在下方輪齒的去路上，棘輪繼續轉動將它推開後，心軸就轉回原來的位置，完成了一次擺動。心軸每擺動一次，棘輪都轉過一個相同的角度，而這種擺動的頻率通過連在心軸上的橫擺得到控制，從而具有等時性，這樣，將棘輪的運動通過中軸傳遞給錶盤上的指針，指針就可以勻速轉動了。

此外，由於橫擺擺動的頻率與橫擺的轉動慣量和棘輪施加給它的力量大有關，而後者又最終由重錘所受的重力決定，不易調節，因此為方便對鐘錶運轉速度進行調試，橫擺兩端的配重物被設計成可以移動的，向外移則橫擺的轉動慣量增大，鐘速變慢，向內移則轉動慣量減鐘速變快。這種鐘的缺在於，重錘提供的驅動力在維持主要機械部分運轉的同時，也是推動橫擺擺動的唯一力量，而這個推力是與橫擺的擺動頻率相關的，當重錘提供的動力經過數重機械結構最終傳遞到橫擺以後，其間的誤差已經積累得非常大了。因此這種鍾走得很不準確。伽利略發現單擺的等時性以後，就開始研製利用單擺作為核心守時裝置的計時器。

單擺是能夠產生往復擺動的一種裝置，將無重細杆或不可伸長的細柔繩一端懸於重力場內一定，另一端固結一個重球，就構成單擺。若球只限於鉛直平面內擺動，則為平面單擺，若球擺動不限於鉛直平面，則為球面單擺。

單擺機械鐘的機械動力仍由重錘提供，但擒縱器的擺動頻率由單擺控制。一個與擒縱器心軸連在一起的l形杆伸向單擺，l形杆的杆頭分叉，剛好卡住剛性的擺棍，單擺擺動時帶動l形杆轉動，從而把擺動的頻率傳遞給擒縱器。擺鐘的優越性在於，單擺的頻率與推動它的初始力量無關，而只與重力和擺長有關，這樣守時機構就真的不再受到動力機構的干擾了。

朱由棟低着頭勾畫着示意圖，口中滔滔不絕地講解了重錘式機械擺鐘的工作原理後，滿懷信心地問道：

「聽明白了嗎？」

沒有回應，朱由棟抬頭一看，宋應星正一臉懵逼，使勁地搖着腦袋。

「哪裏不明白？」

「哪都不明白！什麼是驅動力？什麼是速度？什麼是角度？什麼是頻率？」

這會兒輪到朱由棟一臉懵逼了！真是什麼都不懂啊！沉思片刻後，朱由棟恍然大悟，現在可是大明朝啊！這裏的人對於數學和物理的知識幾乎是等於零啊！看來他只能把宋應星當成學生來教了。