破解“惠更斯”摆钟之谜

2019-11-21 14:38:09

  一个困扰科学界数百年之久的“惠更斯摆钟”之谜日前被美国科学家库尔特·瓦伊杰菲利德破译。

  惠更斯是17世纪荷兰伟大的物理学家、天文学家和数学家。1656年,他将单摆运动引入时钟,发明了著名的摆钟,从而代替了人们记录和标记时间所使用的很不精确的日晷和机械发条式的钟表。这种钟摆计时器是人类第一台日误差在一分钟之内的计时器。

  惠更斯在研究摆钟的过程中发现,单摆的运动不严格等时。他认为,只有在摆角比较小的情况下,单摆的等时性才成立;当摆比较大的情况下,单摆的运动不严格等时,比如当摆角为60度时,不严格等时性很明显。为了补偿单摆的不严格等时,惠更斯从证明摆线的几何性质开始,进而研究其在机械上的应用,利用摆线理论设计出了严格等时的摆钟结构。为了适应当时天文和航海发展的需要,测量海上地理经度,惠更斯设计了两个摆钟,希望其中一个在损坏或需要维修时,另一个能继续工作。但当他启动自己设计的摆钟后,却出现了非常奇怪的现象:两个摆钟都向反方向转动。当时,连惠更斯也解释不了这一奇怪现象。从此以后,一直没有人能对这一现象作出合理解释,这就是著名的“惠更斯摆钟”之谜。

  几百年过去了,有许多科学家企图破解这一谜团,但始终没有人能够成功。美国亚特兰大技术大学的库尔特·瓦伊杰菲利德在多年潜心研究的基础上,设计了同“惠更斯摆钟”完全一样的两个摆钟,对它们进行研究。他发现,只有在摆的重量同整个钟的重量比较大的情况下,摆钟运动具有同步性。进而他计算出,当摆的重量与整个钟的重量比小于1:120时,摆钟开始反方向转动;当这个系数大于1:80时,两个摆钟就能正常工作。

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