擺鐘

擺動的鐘擺是靠重力勢能和動能相互轉化來擺動的，簡單地説，如果你把鐘擺拉高，由於重力影響它會往下襬，而到達最低位置後它具有一個速度，不可能直接停在那（就好像剎車不能立刻停住），由於慣性它會繼續衝過最低位置，而擺至最高位置就往回擺是因為重力使它減速直到0，而此時鐘擺仍有向下的加速度。如此往復，就不停地擺動了。

按照以上描述，鐘擺可以永遠擺下去，但由於阻力存在，它會擺動逐漸減小，最後停止。所以要用發條來提供能量使其擺動。

由公式知，擺長L和週期T的平方成正比，所以擺長越長，週期越長（鐘擺是單擺的一種） 單擺週期公式只適用於擺幅小於5度的機械振動。

擺鐘的結構大體上可分為走時部分、打點部分、指針部分和打點控制部分。

1.走時部分

由頭輪(即條盒輪，內裝發條)、二輪、三輪(中心輪)、四輪、擒縱輪、擒縱叉、擺錘等組成。

條盒輪是機芯中最大的輪子，發條裝在輪片下面的盒裏(以前生產的擺鐘大多不帶條盒)，它是走時部分的能源。二輪、三輪、四輪都是傳動輪，其結構由輪軸、輪片，銷輪等組成。擒縱輪的結構與上述各輪相同，但它的輪片齒形是斜三角形的尖齒。擒縱叉也叫卡子，它的作用就是把擒縱輪齒接過來，送出去。

擺錘組件包括擺錘、擺杆及掛擺裝置。擺錘中間有透孔，擺杆從中通過，下面旋有螺母固定。此裝置可以將擺錘升高或降低，從而調節鐘的快慢。

2.打點部分

由打點條盒輪、打點二輪、打點三輪、打點四輪，打點五輪及風輪組成。在打點三輪上有一個星角輪，當輪系轉動時，它使打點軸上的抬止杆不斷地抬起落下，打點軸的一端固定着兩個打錘，錘頭敲擊一長一短兩根音簧，就發出悦耳的聲音。風輪主要是起調節輪系轉動速度的作用，使打點聲音有一個合適的時間間隔。

3.指針部分

由分輪、跨輪和時輪組成。結構原理與鬧鐘基本相同。

4.打點控制部分

擺鐘每隔半小時打點一次，整點敲擊的次數必須與時針指示的時刻相同，因此，它的打點必須由走時來控制。在走時和打點之間有一個具有控制打點次數的機構，它由二角凸輪、十二角凸輪、扇形齒、抬閘槓桿、開關槓桿、撥齒凸輪等組成。

二角凸輪緊緊固定在走時部分的中心輪軸上，每小時隨中心輪轉一圈。二角凸輪齒尖半徑一長一短，長的打整點用，短的打半點用。十二角凸輪套在時輪管上，每十二個小時轉一圈，每小時轉過十二角凸輪的一個角。平時抬閘槓桿擋住打點五輪上止釘，使打點機構不能運轉。當二角凸輪順時針方向旋轉時，慢慢將抬閘槓桿頂起，抬閘槓桿上端最後將止釘釋放(這個過程也叫抬閘)，但打點五輪的止釘轉過一個角度後，又被開關槓桿的折角擋住，打點機構又停止運轉。由於抬閘槓桿抬起的同時，頂起了開關槓桿，開關槓桿原來末端托住扇形齒板現在釋放，扇形齒板落下，齒板中段折角落在十二角凸輪的一個角的中部。當二角凸輪將抬閘槓桿推到最高點落下時，開關槓桿擋住打點五輪的止釘部位也同時脱離，打點機構便開始轉動。打點三輪上的星角輪撥動抬止杆，帶動打錘敲擊音簧。緊固在四輪軸上的撥齒凸輪也隨着轉動，凸輪上的撥銷撥動扇形齒板向上運動，直至開關槓桿末端重新托住扇形滷板，抬閘槓桿擋住打點五輪上的止釘，打點工作完畢。

以擺作為振動系統的鐘。通常都帶有報時功能，所以又稱自鳴鐘。1582～1583年，意大利物理學家和天文學家伽利略發現了擺的等時性。1657年，荷蘭物理學家和天文學家克里斯蒂安.惠更斯利用擺的等時性原理發明了擺鐘。後經不斷改進，沿用至今。擺鐘可根據用途和要求製成座鐘、掛鐘、落地鍾、子母鐘的母鐘、天文鐘等型式。擺鐘的報時方式通常為機械打點報時，也有用電子擴音報時的。近代帝王宮廷中使用的擺鐘，常附有一套機械傳動機構，以精工製作的人物、山水、飛禽、走獸等活動形象進行報時。

擺鐘的原理

是利用單擺的等時性。正是這種性質可以用來計時。而單擺的週期公式是：時間=圓周率的2倍乘以（根號下襬長除以重力加速度） 通過公式以及其推導可以看出來，單擺運動靠的是重力，和繩子的拉力。而擺動的週期僅僅取決於繩子的擺長和重力加速度。地球重力加速度固定，控制擺長可以調整週期來計時。

擺鐘是利用擺錘的週期性振動（擺動）過程來計量時間，時間=擺的振動週期×振動次數。而擺的振動週期 T=2π（l/g)^0.5

一般來説，擺的重量是確定的，調節擺的引用長度（l）即可調整擺的振動週期。擺的引用長度減短，時鐘變快；反之則變慢。對精密擺鐘，也有用附加重物法來微調擺的振動週期。擺鐘放置在不同的地理位置（不同的地球緯度和海拔高度）中，擺錘的重力加速度會發生變化從而影響其振動週期。擺鐘放置在不同温度和氣壓的環境中，也會引起振動週期的變化。温度變化會引起擺的各部分尺寸包括擺的引用長度的變化。一般是温度升高，擺脹長而鍾變慢；反之則擺縮短而鍾變快。因此，精密擺鐘常用不同的線脹係數的材料製成温度補償管，以補償温度影響。氣壓的變化會引起空氣阻力和空氣密度的變化，從而引起振動週期的變化。因此，精密的擺鐘常將擺安裝在恆壓的殼體中，以消除氣壓影響。

擺的振動幅度影響到鐘的等時性。振幅愈小，振幅變化所造成的日差（見鐘錶日差）變化愈小，即等時性愈好，因而精密擺鐘常採用長擺杆小擺幅。但是，小擺幅對外界來的震動和撞擊很敏感，因而對安裝環境要求很高。擺鐘的走時日差一般可以達到20秒/天以內，精密擺鐘達千分之幾秒。

擺鐘是機械鐘。有的石英電子鐘雖然也裝有擺錘或扭擺，但只起裝飾作用。 ^[2]