时钟的故事

時鐘的故事

古人計時得抬頭問天探詢日月的遞移，觀察星星的擺陣。 現代人計時則低下頭來詢問手錶裡機械的輪轉， 還有原子的振盪。這麼一抬頭、一垂眉，幾千年過去了， 人類計算時間的工具不僅縮小上千倍，也精準了上兆倍

－（2002.11號，《科學人》，p.88）

時間，是一種相對或絕對的概念，早在三十五億年前人類主宰世界，便開始受到時間的約束。即使你不用時鐘來測量，時間仍照樣存在並繼續流向未來。時間的無所不在與人類演進之間的關係密不可分。生理時鐘存在於植物與動物的細胞中，這種時鐘 使生物得以對瞬息萬變的環境採取適當的反應、調節作息並生存下來。時鐘的發明讓人類能具體地掌握時間，改善生活，如：音樂初學者使用節拍器幫助他們用固定的節奏演奏音樂、航海家靠著精確的時鐘分辨出航向與位置、蒸汽時代的火車利用時鐘發明出統一時區避免誤點，以及利用衛星即時更新全球時間等都是。

人類在測定時間上的研究帶動了科技與科學的演變

古代人對時間的重視開始於農耕時代。古埃及人、中國人、希臘人以及羅馬人為了測定日夜的區別，發明了日晷、水鐘與其它早期計時工具，之後由西方世界繼承了這些偉大科技發明。直到13世紀，由於需要更為可靠的計時工具，中世紀的工匠們發明了機械鐘。雖然這項發明已可滿足修道院與都市生活的需求，但對於科學應用來說，它還是不夠精確，仍不足以信賴；這個問題到了以鐘擺來控制機械的運行之後才獲得解決。由於計時器的精確性逐漸提高，船隻在海洋中的定位問題也得到解決，並且繼續在往後的工業革命中扮演關鍵性的角色，將人類的科技文明向前推進一大步。 現今，高度精確的計時器為我們大部分電子儀器校準時間。幾乎所有的電腦都有一個石英鐘為整部電腦的運作校時，而從全球定位系統（GPS ，Global Position System）衛星傳送下來的時間訊號，不但為高精密度的航行儀器校時，這項功能還遍及手機、即時股市交易與全國電力配置網。這些以時間為基礎的科技事物整合得完美無缺，已成為我們日常生活中重要的一環，不容我們忽視。

計時器（時鐘）發展圖像

大約在3000年以前（西元前16世紀），埃及的城鎮上就以方尖碑和日規作為測定時間的日晷（sundial ），利用日影將一天的時間劃分成均等的間隔。希臘人則在西元15世紀發明水鐘（漏壺，clepsydra ），尖錐形的漏壺將穩定的水注入圓桶內，藉著水位升高的浮力帶動齒軌，連動齒輪軸心來指示時間。西元2世紀，拖勒密設計象限儀（astrolabe ）來量測日月的周期運行，開創了以量測「周而復始的週期現象」來定義時間。西元1090年，中國宋代蘇頌建水運儀象台，以水激輪、輪轉製成中國唯一有說明的自動水運天文儀象及自動報時天文台，可隨地球自轉的追蹤觀星裝置，比西方鐘錶早了600年；而其發明的「擒縱器」更比現代鐘錶內的「卡子」早1000年。有歷史紀錄的蠟燭鐘（candle clock）出現在西元9世紀，雖不能真正持續精確計時，當時有人即將之用作響鈴的設計。沙漏（sandglass ）在西元14世紀在歐洲出現，利用兩個玻璃杯狀的蛋型容器相互連接，連接處僅以一個細小的孔使細沙通過，用為一段時間定時之用。第一座機械鐘（mechanical clock）被認為是在西元1270年左右歐洲人所發明，利用纏繞在主齒輪鼓重錘上的力量帶動時鐘轉動，控制擒縱器的法碼可調整轉動的快慢。

在西元14世紀，歐洲出現了彈簧鐘（spring clock），利用彈簧釋放出的力量取代重力，然而彈簧扭緊後鬆開的力量並一致，不符精確計時的要求，後來17世紀荷蘭著名的天文學家惠更斯發明一種類似鐘擺的螺型平衡彈簧解決了問題。事實上惠更斯最主要的發明在於擺鐘（pendulum clock ）的設計，利用規律的擺錘調整秒差，使機械鐘的計時功能更為精準，配合擒縱器的作用，至此時鐘的機械設計已臻完備。現代，石英電子鐘（quartz clock ）的設計即是建立在機械鐘的基本結構上；此外科學家們也開發出所謂的原子鐘（atomic clock），使科學儀器的校準分毫不差。 ▓ 對於以下各種計時裝置的形式，連連看你對他們的認識：

時鐘內的小天地，齒輪機械的組合

▓ 機械鐘

傳統機械鐘靠主發條的鬆弛作為動力，並依靠精確的機械齒輪的結合，進行計時的工作。當主發條釋放出力量時，大型的驅動齒輪即帶動咬合的小齒輪，控制分針齒輪與時針齒輪的運動，產生整個時鐘的運轉。此外，游絲彈簧扭緊釋放的來回震盪，控制平衡齒輪的運動，進而調節擒縱輪的的運作。

▓ 時鐘內的齒輪比

▓ 擒縱器

擒縱器，是一種槓桿裝置。鐘擺擺動時會帶動這個槓桿，卡住又鬆脫擒縱輪上的鋸齒，以此控制擒縱輪不可逆轉地一次次前進固定的時段，這項發明讓細長的秒擺實際可行。鐘錶一定要出現一個擒縱器，擒縱器的作用就是推動整個機械系統，把時間分成等份的、均勻的，“滴答、滴答”的東西。 ▓ 石英電子鐘

電子石英鐘利用電池激發石英晶體產生精確的高頻率震盪電流脈波，然後再通過微晶片調降到適當的時鐘頻率，將此時鐘頻率電流送至小型線圈產生磁效應，帶動齒輪軸使時鐘指針轉動。由於這種極佳的電子震盪功能，石英鐘每日的秒差只有千分之一。

以人性化設計科技解決生活實際問題

本節目同時解釋時間與數學的歷史，以及與這項短暫課題的相關科學。學習人類如何開始計時，以及人類為何對於時間具有循環的知覺。瞭解為何時鐘在工業革命中具有重要的角色，並在你探討時間旅行及愛因斯坦相對論的同時，深入研究時間的物理概念。 字彙：

原子時鐘：以銫原子自然振動頻率作為調節電子振動器的基礎所操作的一種精確時鐘。

節目內容：銫原子所具有的固定及高頻的自然振動提供這個世界一項最精確的時間測量儀器之一—原子時鐘。

細胞時鐘：細胞與生具來的計時機制，用於解釋許多種不同的周期性行為與生理過程。

節目內容：細胞時鐘存在於植物與動物的細胞中，這種時鐘使生物得以對瞬息萬變的環境採取適當的反應並調節其作息，以便更能生存下來。

節拍器：被設計以規律並且重複的滴答聲標識精確時間的儀器。

節目內容：音樂初學者使用節拍器以幫助他們用固定的節奏演奏音樂。

同步化：使事件在完全相同的時刻發生（happen ），存在，或出現（arise ）的動作或結果。

節目內容：當我們邁向工業化的社會時，社會的成功與人類行為的管理便需要同步化與標準化，這種同步化與標準化使我們的工廠以及機器得以精確地運作。

時間擴張：由於相對論所造成在時間上的減緩（發生在相對於外界觀察者的運動中物體上），這種情形在系統以接近光速的速度運動時尤其明顯。 節目內容：根據愛因斯坦的特殊相對論以及時間擴張的結果，對於空間旅行者而言，當他以接近光速的速度旅行時，時間便因此減慢，而旅行者的老化速度也比位於地球上的固定觀察者來得緩慢。

時區：一種地理區域，在此區域中使用相同的標準時間。

節目內容：為了避免由於各地區之間具有不同的時間測量標準而造成悲慘的火車事故，鐵路發明了時區。

焦點問題Q&A：

Q: 動物（包括人類）與植物自出生之日起便具有什麼形式的時鐘？ A: 在生物細胞中，我們發現DNA 編碼生物時鐘。

Q: 將螢火蟲身上取下的DNA 注射入雜草身上，科學家觀察到何種現象？

A: 將雜草與螢火蟲的生物時鐘混合之後，科學家觀察到雜草在24-小時的周期中以不同的強度發熱。這種現像讓我們聯想到雜草以某種方式與太陽每天的日出日落相同步。

Q: 什麼年代開始人類發覺到周遭環境的改變形式並開始發展時間觀念？ A: 人類在二或三世之前開始發展時間的觀念。

Q: 十三世紀的聖班奈狄克規則如何引起發明機械時鐘的動機？ A: 聖班奈狄克建立了一套新慣例，他要求僧侶在一天的幾個固定時間中一起禮拜。教堂用以招喚僧侶禮拜的鐘聲便導致了早期機械式時鐘的發明，這種時鐘將自然的白天與黑夜分成一些類似小時的不同部份。

Q: 為何“標準時間”的發明對於世界社區工業化的成功而言是必需的？

A: 世界的都市化與工業化需要人們以標準化的時間結構工作，溝通，以及旅行，這種標準化的時間結構可以確保生活經驗的紀律，安全，以及同步。。

Q: 音樂的什麼成分將時間與聽者的物理與情緒反應結為一體？

A: 音樂片斷的“節拍”變化可以使聽者行進或跳舞，振奮或放鬆，或者產生浪漫的感覺。

Q: 美國海軍使用什麼自然事件將國家時鐘標準化？

A: 銫原子每秒九百萬次的振動（在所謂的原子鐘內）可做為測量時間的一種精確測量方式。

Q: 根據愛因斯坦的理論，我們對於時光旅行的第一經驗是否可衍伸至過去及未來？

A: 如果時光旅行確實可以達成，比較可行的方式是旅行至未來。旅行到過去在理論上是比較困難的，而且具有改變未來歷史事件的危險。

伽利一五六四年二月十五日一日，伽利略出生於義大比薩斜塔鄰近的房舍中。似乎他從出生開始，就和這座比薩斜塔結下了不解之緣。他的父親是一流的數學家，也

是一位作曲家和義大利的錦標笛手，可是這些都沒有讓他為他的家庭帶來財富，伽利略的童年是在貧困之中過的。由於這樣，父親決心不讓他成為一個音樂家或數學家，

因為這兩項職業在義大利是不太容易生活的；在父親的引導下，伽利略做過短期販賣布料的商人，隨後又進入比薩大學習醫。

這個時候，伽利略已經十八歲了，腦海裏充滿了奇異的思想，竟然對天主教堂裏一盞擺動的燈火表示興趣，他凝視這盞左右擺動的燈火，右手指按住左腕的脈博，心裏默默的計算燈火擺動的次數。

那一盞又一盞的燈火在教堂裏不知道擺動了多少年，也不知道有多少人看到過它們的擺動，可是從來就沒有被人注意過，更沒有人知道在擺動中，竟然隱藏了偉大、奧祕的科學定理。他對於單擺的等時性覺得非常的奇怪。所謂等時性，就是從一端擺至另一端所需時間相等，當單擺的運動逐漸衰緩下來時，所走的距離越來越小，單擺卻能調整它的速度，以便使擺動等時。

經過再的觀察和深思熟慮，伽利略發現了單擺振動的定律。後來，另一位科學家海更斯根據這個定律，發明了時鐘。

海更士（Christiaan Huygens,1629~1695），荷蘭物理學家、天文學家、數學家。

1656年開始，海更士首先將擺引入時鐘，發明了擺鐘，世界上第一台擺鐘是1657年按照他的設計由科斯特製造的。為此出版了《擺鐘》（1658）及《擺式時鐘或用於時鐘上的擺的運動的幾何證明》（1673）兩書。後者是海更士的代表作之一，體現了他以全新的理論給出了數學上的完全解，從而解決技術設計難題的特點。例如，書中提出了著名的單擺周期公式，指出單擺的運動不嚴格等時。而後他從證明擺線（即旋輪線）的幾何性質開始，進而研究在機械上的應用。利用擺線理論設計出嚴格等時的擺鐘結構。他提出了複擺的完整理論，還用擺求出了重力加速度的準確值，並建議用秒擺的長度作為自然長度標準。他在這本書及另一部著作《關於運動及離心力》裡，提出過有關圓周運動及離心力的若干重要結果，包括向心加速度概念和公式，這是有助於牛頓發現萬有引力定律。海更士還研究了簡諧運動及彈簧振動，並用游絲代替掛擺，設計出許多種鐘錶等時結構（如海上用以測量地理經度的懷錶等）。 现在用的时钟（表）是谁发明的？世界上最先发明机械钟的正是中国人自己，是东汉的张衡。

1656年惠更斯造成首座机械摆钟

中国古代计时仪器(1)----圭表

中国古代计时仪器(2)----日晷 中国古代计时仪器(3)----漏刻 中国古代计时仪器(4)----浑仪

中国古代计时仪器(5)----天体仪 中国古代计时仪器(6)----水运仪象台 据你所知，除钟，表外，计量时间的计时器还有（ ）。还可以用（ ）（ ），等方法来粗略的估计时间 沙漏 日晷 水滴

PHOTOSHOP 时钟刻度怎样绘制？

请教一下高手, 该怎样绘制时钟的刻度啊，60个……最好是圆点。有怎样简便点的技巧？希望高手们帮我啊

用ILLUSTRATOR 画啊

以同心形式 把角度设置成6度旋转复制就可以，弄好后复制到PS 就噢可 了 不会这软件的话

PS 的话我想你可以画个圆形路径 在把他复制出一个， 用自由变换把他以同心圆的形式缩小 然后垂直上移 直到贴近大圆的边 把大小两圆合并到一个路径层 复制出这路径层一次，这时自由变换 选自由角度6度 这时应该是两大圆应该仍然重合 小圆会以大圆的的圆心移动了6度

以上的动作如果作一次动作纪录的话 以后的就可以重复动作就能完成剩下的59个点。

突然想到可以 用多角星 路径来做坐标 画个60角的多角星路径 画个圆 然后复制出60个 放到每个角上

不想做图片教程 很麻烦 楼下的的教程是可以看到了 反正你记好 这六〇个点都是从一个复制出来的

6度 一个段 学PS 我劝你把ILLUSTRATOR 学一下 就像你说这个表 用这软件几秒就差不多定位好了

六十进制是以60为基数的进位制，源于公元前3世纪的古闪族，后传至巴比伦，流传至今仍用作纪录时间、角度和地理座标。其他文明也有使用六十进制，如西新几内亚的Ekagi 族。

数字60有12个因子，即1、2、3、4、5、6、10、12、15、20、30和60，其中2、3和5是质数。由于

拥有较多因子，六十进制的数可被较多数整除；换言之，可以分拆成多种不同的时间长度，例如一小时可以被看作2个30分钟、3个20分钟、4个15分钟等。60也是可同时被1至6整除的最小的数字。

巴比伦时期的六十进制

在古代的美索不达米亚时代，数字以楔形文字表达，分“个位”和“十位”，1以Y 代表，2为YY ，3为YYY ，如此类推，直至9；10则为

大过59个数字，就重覆以上符号作标示。闪族和早期巴比伦没有0的符号，故未必能单就一堆楔形符号即时说出其所代表的数字。到后来，巴比伦人逐渐以点代表零。

用途 ：与其他进位制不同，六十进制在一般运算和逻辑中并不常用，主要用于计算角度、地理座标和时间。 一小时相等于60分钟，而一分钟则为60秒。于是，"3:23:17"（三小时廿三分十七秒）即相当于3×602+23×601+17×600秒或3×600+23×60−1+17×60−2小时。当中的六十进制数字（即3、23和17）均以十进制数字写出。 相类似的是角度，一个圆形被均分成360度，每一度有60角分，一角分等于60角秒。

在农历中，有六十甲子的概念，以天干与地支两者经一定的组合方式搭配成六十对，为一个周期。

60进制在不少领域内都有应用。比如时间、角度，还有我国的天干、地支记年法等等。那么，为什么时间要用60进制呢？

观点一：古罗马帝国的传统

我国自古以来最吉利的数字是5和9，而古罗马帝国是6和0。所以在很久以前，古罗马帝国时间就是60进制，再由于帝国间商人的文化交流，因而被采纳，沿用至今。

观点二：巴比伦人的应用

最早的文字记载显示巴比伦人使用的是以60为基的六十进制数字体系。使用六十进制，巴比伦人把75表示成“1，15”，这和我们把75分钟写成1小时15分钟是一样的。

大约公元前2000年出现了一种仅使用两个楔形符号的以60为基的位－值体系。在该体系中，“T”形的楔形文字表示1，“〈”形的楔形文字表示10。这一数字体系被进一步推广到六十进制分数的表示上，但是没有表示0的符号。尽管如此，它对计算是非常有效的。同时，它奠定了时间的计量标准。

观点三：圆周规定为360度的结果

来自尼西亚（在今天的土耳其）的数学家喜帕恰斯（公元前190年－前120年）被认为是当时最伟大的天文学家。他创立了基于希腊几何学原理的天文学。他把圆分成360度，每一度又细分成60分，以此作为三角学的基础。

为了方便，就把时间也用60进制划分。

观点四：按天干、地支60甲子划分的结果

时间的60进制是按照天干、地支的60甲子的关系划分成的，古人很多东西都运用了这种运算关系，但最初还是易经之因。因为易经本身就是古代人们的一种运算方式。60进制是人类在生存中所摸索出来的一大发明。

60进制得到应用的原因

有推测认为：10和60相比融通性较差，10只有2和5两个约数，而60有1、2、3、4、5、6、10、12、20、30、60等12个约数。

在现实生活中经常会出现某一数被分成2、3、4、5等分的情况，目前还在广泛使用的1/4单位（quarter ）就是例子。4不能整除10，但能整除60，所以60进制比10进制更容易避开小数的复杂计算。

使用60进制最大的理由是表示小数的分数数量要比10进制多得多。实际使用中，将某一区间10等分则会变成0.1、0.2、0.3、…、0.9、1，再将它们10等分，就会变成0.01、0.02、0.03、…、0.09、0.1，如此继续下去，可将分数变成小数。但不幸的是最简单的1/3却不能用小数表示，因为3不是10的约数。角度，钟表的60进制都是为了等分方便确立的

圆周规定为360度的原因，现在比较认可的说法是：古埃及人认为360天为一年（虽然和实际有些出入），一年的时间正好观测到黄

道面循环一周，而且古人用一种朴素的哲学上的统一观点，认为360是一个世界上的常数，因此后来在天文观测以及圆周丈量的时候就用360做为圆周的度数.

古巴比伦人用的是60进制，至今人类在记录时间及角度时，仍然采用60进制。60可以被2、3、4、5、6、10、12、15、20、30整除，它所含因数有10个之多，在100以内的数中，它的因数是最多的，只有96可与之匹敌。但96比60大得多。这样，在分割60时，可较少地出现小数。这是60进制至今还在沿用的原因

易经与60进制时间

1小时等于60分，1分等于60秒。为什么时间是60进制?

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60进制在不少领域内都有应用。比如时间、角度，还有我国的天干、地支记年法等等。那么，为什么时间要用60进制呢？

观点一：古罗马帝国的传统

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我国自古以来最吉利的数字是5和9，而古罗马帝国是6和0。所以在很久以前，古罗马帝国时间就是60进制，再由于帝国间商人的文化交流，因而被采纳，沿用至今。

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观点二：巴比伦人的应用

最早的文字记载显示巴比伦人使用的是以60为基的六十进制数字体系。使用六十进制，巴比伦人把75表示成“1，15”，这和我们把75分钟写成1小时15分钟是一样的。

大约公元前2000年出现了一种仅使用两个楔形符号的以60为基的位-值体系。在该体系中，“T”形的楔形文字表示1，“〈”形的楔形文字表示

10。这一数字体系被进一步推广到六十进制分数的表示上，但是没有表示0的符号。尽管如此，它对计算是非常有效的。同时，它奠定了时间的计量标准。

观点三：圆周规定为360度的结果

来自尼西亚(在今天的土耳其) 的数学家喜帕恰斯(公元前190年-前120年) 被认为是当时最伟大的天文学家。他创立了基于希腊几何学原理的天文学。他把圆分成360度，每一度又细分成60分，以此作为三角学的基础。

为了方便，就把时间也用60进制划分。

观点四：按天干、地支60甲子划分的结果

时间的60进制是按照天干、地支的60甲子的关系划分成的，古人很多东西都运用了这种运算关系，但最初还是易经之因。因为易经本身就是古代人们的一种运算方式。60进制是人类在生存中所摸索出来的一大发明。

60进制得到应用的原因

易经与60进制时间

1小时等于60分，1分等于60秒。为什么时间是60进制? 60进制在不少领域内都有应用。比如时间、角度，还有我国的天干、地支记年法等等。那么，为什么时间要用60进制呢？观点一：古罗马帝国的传统

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