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    經過了整整一個月的準備，朱由棟終於把重錘式機械擺鐘的圖紙設計出來了。通過設計齒輪的大和齒數，設計出一定的齒輪系，為了簡便和高效得打造出來，只設置一個時針，旋轉一周為一個晝夜。時鐘的表面均勻標註十二個時辰，分別是子時、丑時、寅時、卯時、辰時、巳時、午時、未時、申時、酉時、戌時、亥時。一個晝夜，時針在鐘面上旋轉一周，代表走過了十二個時辰，相當於二十四個時。

    又過了整整一個月，朱由棟簡單地給宋應星講解了最基礎的數學和物理知識，從學到高中，凡是機械這門專業需要用到的知識，朱由棟都先挑揀出來教給了宋應星，尤其是打造機械鐘需要用的各種概念，更是讓宋應星現學現賣。幸虧宋應星是個理工科天才，凡是朱由棟教他的，他都能很快吸收消化，難怪他日後可以寫出天工開物這樣的奇書。

    「老師，你設計出來的這些圖紙，真的能打造出可以獨自計時的機械鐘？」宋應星充滿疑惑地問道，雖然他學習了基礎的數學和物理知識，但要想完全理解機械鐘的工作原理還是有一難度的。

    朱由棟立即肯定道：「當然能了，如果能用鐵作為材料，那就更好了，還可以設計出打機構，到自動打鳴。」

    鑑於只有一個學生宋應星，朱由棟決定全權交由他來督造這個機械鐘。當然，朱由棟既是導師，又是老闆，大方地給了宋應星撥款，讓他找來全城最好的木匠。

    「木匠？老師，你不是用鐵作為材料更好嘛！」

    「好是好，不過眼下最好還是先打造木質的吧！為什麼打造木質的機械鐘？因為簡單可行又節約經費啊！你以為老師的私房錢堆積如山呀！」

    確實！朱由棟不得不考慮當前的形勢啊！就拿書院的經費來，這些費用可都是朱由棟的私房錢，他可是省吃儉用了一個月才有這的積蓄。別朱由棟不過是世子爺的公子，就是堂堂吉王府，那每年歲支的祿米也都是緊巴巴的。

    雖大明朝自從隆慶元年解除海禁以來，但海內外的商貿往來和各行各業的商業發展仍然處於萌芽狀態，大明朝的經濟仍然還是拮据得很，可以還是幾乎是農業為主的一窮二白啊！

    不過從現在開始不一樣了，朱由棟很有心改變大明朝的工業狀況，引發一場經濟革命，從而改變落後的市場關係。這些當然都是後話，眼下朱由棟需要做的是教育，讓更多的年輕人加入工業革命的隊伍中來，而教育的第一步就是招生。

    宋應星便是一個很好的開頭，朱由棟總是如此樂觀的以為，就當給自己一心理安慰和自我欺騙吧。

    「宋應星，打造機械鐘這個艱巨的任務，老師就交給你了，有沒有信心？」

    「老師，你還是再給我講講，這個機械鐘的內部結構和工作原理吧！」

    朱由棟的趾高氣昂和宋應星的垂頭氣餒形成鮮明的對比。朱由棟想起幾個月前，這孩子還以為自己是不學無術、欺世盜名的紈絝公子呢！

    機械鐘錶機構有多種類型，但一般都由原動系、傳動系、擒縱調速系、上條撥針系和指針系組成，工作原理基本相同。原動系儲存和傳遞工作能量的機構，分為重錘原動系和彈簧原動系兩類。

    彈簧原動系對材料的要求很高，別朱由棟的資金不夠，就算官府給他撥了經費，以目前的技術水平，朱由棟根本打造不出一個合格的彈簧，或者是發條。或許在下一個階段，朱由棟會考慮打造鐵質的彈簧原動系機械鐘，或許那個時候，朱由棟已經有了一台工具機，有了一批技術紮實的工匠，甚至有了初步的鋼鐵工業。

    而就目前的條件而言，朱由棟不敢眼高手低，只能著眼於木質的重錘式機械擺鐘。重錘原動系只需要利用重錘的重力作能源，用於簡易掛鍾和落地擺鐘是足足夠用的了。重錘原動繫結構簡單，力矩穩定，利用鍾錘下降的重力作能源，以機械振動系統為時間基準，實現計量時間和時段。

    朱由棟講到這裡，見宋應星緊皺眉頭，好像一副來不及消化的樣子，於是停頓下來，等待他的下一步反應。果然，宋應星開口問道：

    「老師，我還是不太理解，尤其是這個鐘錘，它到底怎麼用？」

    「鍾錘就是原力，就是第一推動。」朱由棟進一步解釋道。

    鍾錘的作用是作為一個能量存儲裝置，因此時鐘可以在無人值守的情況下運行相對較長的時間。拉緊繩索提起鍾錘，在地球重力場的作用下賦予鍾錘勢能，鍾利用的正是鍾錘下落時的勢能驅動機構進行運轉。每個晝夜，鍾錘落到地上一次，每天固定在辰時准，再次拉緊繩索提起鍾錘，新的一天重新開始計時。

    宋應星略微懂了的樣子，又問：「那個棘輪裝置，它看起來很複雜的樣子。」

    「棘輪其實並不是複雜，而是一個神奇的裝置。」

    棘輪裝置中有一個輪齒帶有特定形狀的齒輪，還有一個鐘擺，連接鐘擺的是可以嚙合齒輪輪齒的某種裝置。鐘擺來回擺動一次，齒輪的每次轉動就會固定地有一個輪齒得到釋放，稱之為逃脫。連接鐘擺的機械裝置，被稱之為錨，每次釋放一個棘輪裝置齒輪輪齒。

    棘輪裝置齒輪的另一個作用是賦予鐘擺足夠的能量，使鐘擺能夠克服摩擦力並保持擺動。為了完成這個任務，錨和棘輪裝置齒輪的輪齒被設計為特殊形狀。如果齒輪的輪齒正確逃脫，鐘擺每擺動一次錨都會在適當的方向施加一個輕推力。輕推力增強了鐘擺克服摩擦力所需的能量，從而使它能保持擺動。

    講解了這麼多之後，朱由棟總結道：

    「儘管時鐘內的所有齒輪使它看起來很複雜，但是擺鐘的工作原理非常簡單。總的來就是這麼幾，第一，鍾錘可以為時鐘的指針旋轉提供能量，第二，棘輪裝置由鐘擺、錨和棘輪裝置齒輪構成，可以精確調節鍾錘能量釋放的速度，第三，指針齒輪系使時針能夠以正確的速度運轉。」

    又經過了整整一個月，朱由棟和宋應星師生兩人在和木匠師傅們的合作下，成功地打造出了木質的重錘式機械擺鐘。作為這架機械鐘的守護者，宋應星決定，他將每天辰時，等待著重錘最終落地的那一刻，然後立即拉緊繩索提起鍾錘，從而開始新一天的計時。