在中國,鐘表的市場規模有限,隻有少數感興趣的富人會購買這東西。好在鐘表内部結構複雜,海運過程中容易損壞,損壞了也沒人會修,因此中國市場上的鐘表很少,價格也居高不下。非常适合讓自己籌集一些資金,同時将其當做敲開達官貴人大門的禮物。
抱着這樣的念頭,霍碧薇繪制了一個擺鐘的設計圖。機械鐘的原理其實很簡單,說白了就是通過物體的位移或旋轉來表示時間。時間每過去固定的時間,齒輪就轉動一個固定的角度,這樣隻要在齒輪上再安裝一個指示陣和時間盤,就能輕易地顯示出時間了。
但如何保證齒輪轉動的頻率永遠不變呢,這個問題困擾了研究者很久,而解決方法也相當高明。已知單擺運動的周期隻和擺長與重力加速度有關,再不改變擺長和重力加速度的前提下,它的運動周期就是不變的。如果讓單擺的上面再加一個擒縱裝置,單擺沒擺過一個或半個周期,裝置就撥動并暫停一次齒輪,那麼一個時鐘的核心元件就大功告成了。
但同樣熟悉單擺運動的朋友也能明白,由于阻力的存在,單擺最終還是被停擺的。這時就必須要額外提供動力,保證單擺在至高點時動力總能總想等,也就是總能在同樣的高度下落,實現這一效果的辦法便是發條和另一個擒縱裝置。
在摸清楚了原理,繪制出了圖紙後,霍碧薇開始搜集零件,吳朝政府對金屬工匠采取戶籍管控制度,不會允許鐵匠銅匠随意流動,因為這會讓技術流入土匪和外國人手中。但青雲觀作為一個占有土地的中型宗教組織,其中總有會手工制作一些金屬零件的,實在不行也可以去山下找。
總而言之,霍碧薇成功湊齊了實驗用的銅制零件。然而在第一步制造單擺裝置上,她就失敗了,因為她制作出的發條儲存彈性勢能的效果很差,初步判斷是材料問題。現有的材料連彈簧都造不出,更别說造發條與遊絲了。如果沒有發條的話,鐘表的動能就隻能用重物的動力勢能來提供,那無疑更加麻煩,也會讓擺鐘更加臃腫。而如果沒有遊絲的話,實現精準的記錄時間便是不可能的。
霍碧薇就這樣陷入了困境,平日裡在路上走路時都在想如何用其它的機械結構替代發條。難題這樣地困擾着她,連吃飯睡覺時都不得安生,隻有将頭埋在狐狸蓬松絨毛中時才能求得片刻安甯。