5.20　“永动”的时钟

在本书的前面，我们谈论了好几种“永动机”了，也详细地论证过发明这种幻想的永动机压根就是不可能的事，只会白白浪费心血。不过，下面我们还要谈一种动力机器，它是一种“不花钱”的机器，更确切地说，就是不需要花费人力，但能长时间工作的机器装置。驱动这种机械运转的能量完全来自它周围的大自然。

我们都了解气压计吧。通常的气压计有两种类型：水银气压计和金属气压计。在大气压力的作用发生变化时，水银气压计里的水银柱就会升高或降低，而金属气压的指针则会左右摆动。

在18世纪时，有位天才发明家将气压计这种运动原理应用在时钟上，让它提供发动装置的动力，从而成功地制造出不需要借助外力就能自主走动，而且不会停下来的时钟。

1744年，英国著名机械师和天文学家弗格森在仔细观看了这个装置后，对其赞叹不已，他高度评价道：“我仔仔细细观察了这只时钟，它有一个特别的装置，能利用水银柱的升降驱动它运动。我们完全不用担心这只时钟会停下来，即使拿走气压计，时钟里面贮存的动力也足够它走上一年的了。坦率地讲，经过对这只时钟详细的考察，无论在技术上，还是在制造工艺上，它都是我迄今所见过的机械中最精妙、最轻巧的一种。”

遗憾的是，这只时钟没能幸运地保存下来，它被人抢走了，到如今也没有人知晓它藏在什么地方。不过让我们稍稍安慰的是，我们还能利用弗格森在当年的评价中所作的构造图（图5-22），把它复制出来。

从图中我们可以看到，在这只时钟的下部有一只大型水银气压计。在外框支架上吊着一只盛水银的玻璃壶，壶里倒插着一只长颈瓶，在玻璃壶和长颈瓶里装着的水银共有150千克。玻璃壶与长颈瓶都能上下移动。当外部的大气压力增大时，通过一组巧妙的杠杆传递，长颈瓶能向下移动，玻璃壶则向上移动；当外部大气压降低时，相反的，长颈瓶会向上移动，而玻璃壶向下移动。无论大气压增大还是降低，这两种运动都会通过杠杆让一只小巧玲珑的齿轮向同一方向转动。而且只有外部大气压完全不变时，这个齿轮才不会转动。不过，即使小齿轮不转动，时钟依然会走，它事先贮存的动力足够让重锤重新提升上去。当然，如果仅仅依靠重锤提升上去而又要靠它落下时的动力来带动机械，那是很难做到的，但是古代的钟表匠却有很高超的发明能力，竟然轻松解决了这个问题。他们能充分利用气压的变化所产生的能量，并让这个能量大大超过需求，从而使得提升重锤的速度要快于其下落速度。正因如此，这只时钟还有一个特别装置，能将重锤提升到没法再提升的高处，然后任其自由下落下去。

需要说明的是，这类“不花钱”的机械，跟前面所提到的“永动机”有本质的区别，这一点我们应该能清楚地看出来。“不花钱”的动力机的动力来自外部大气，而大气的动力来源于太阳；而“永动机”的动能却是凭空臆想出来的。当然，“不花钱”的动力机与所谓的“永动机”还是有一点相同的，那就动力成本一样经济。不过，与这种机械所获得的能量相比，它的制造成本就太昂贵了。

在后面我们还会谈到另外几种“不花钱”的动力机，到时我们还要详细谈谈为什么我们在工业生产中不采用这种机械。

图5-22　18世纪制造出来的能“不花钱”的时钟

【注释】

[1]为了防止油滴的球状变形，最好选择在平壁容器中做实验。

[2]可以用对甲苯，这种暗红色的液体在24℃时的密度与盐水的相仿。在24℃时，可以直接把对甲苯加到盐水里。

[3]说明一下，雨滴在下落时，只是在最初的0.5秒内，其下落与自由下落的物体的运动相似，在这之后，它的下落运动就成了匀速运动了，其所受的空气阻力大小基本上与它的重力相当。雨滴下降速度越大，它所受的空气阻力也随之越大。

[4]在拧紧瓶盖前，千万别忘了看一看瓶中的煤油是不是装得太满了，如果太满了，就倒出一点，在瓶中留一些空隙。因为煤油极易受热膨胀，当温度升高100℃时，它的体积要增加原来的十分之一。

[5]显然，煤油已渗透进了这几人的衣服了。

[6]注意，不能用洗澡用的香皂。

[7]最先正确解释这一现象的是公元前一世纪的拜占庭物理学家菲罗。

[8]许多人认为羽毛比空气轻，其实这种观点是错误的，羽毛的实际重量是空气的几百倍；它之所以能浮在空气中，主要还是它的表面积大，这使得空气对它下落的阻力大于它的重力。