5.20 不用上弦的时钟

永动机我会已经了解了，它是造不出来的。然而今天我们要谈一谈“全自动”的原动机。也就是说不需要我们做任何事情，这种机器就能无限期地工作下去，它工作需要的能量来自它所处的环境。

气压计这东西大家应该不陌生，无论是水银气压计还是金属气压计，它的指数变化来自大气气压的变化。水银气压计的水银柱随着大气压的变化而上升下降，而金属气压计的指针会随着气压的上升下降而左右摆动，这就是一种原动机。

在18世纪，一位发明家发明了一种利用气压计的运动为钟表机械上弦的物体，从而制造出了能够自动上弦的时钟。这项发明赢得了英国力学家和天文学家弗格森的高度评价。在弗格森看来，“这个时钟在制作的想法和工艺上都是我曾经见过的机械里最巧妙的机械。仅仅凭借着专门设计的气压计的水银柱的升降就能够带动机械不停地走动。不要认为它会停止，即便你拿掉气压计，由于水银柱上升下降积蓄的力量也足够维持这座时钟走动整整一年。这实在是太巧妙的设计了。”

不过这项伟大的发明没有被很好地保护起来，真令人遗憾，我们现在只能通过观看当时的设计图纸联想这个机器的精巧（图5-21）。

根据结构设计图不难看出提供动力的是一个被特别设计的大尺寸的水银气压计。它由可以移动的玻璃罐和瓶口向下倒置的烧瓶组成，这两个器皿中总共装有重150千克左右的水银。这两个器皿还构成了一个巧妙的杠杆结构，使得大烧瓶和玻璃罐会随着气压的变化做着相反方向的运动。也就是说当气压上升时，玻璃罐上升而大烧瓶下降。如果气压不动，杠杆会静止不动，连接着大烧瓶和玻璃罐的齿轮也会静止不动。而使时钟走动的摆锤只能通过以前积累下的能量走动。这种既依靠机械运动积累能量推动摆锤上升，又利用摆锤的升降推动机械运动的做法实属不易，然而其中还有一个不容忽略的问题，就是摆锤上升和下降的时间并不是相等的，这需要加上一个特殊的装置，才能改善。

最后，经过人们的努力，摆锤终于能够进行规律的周期性升降运动，整个机械设计的精巧性也显而易见。原动机不同于永动机，它运动的能量来自外界而不是像永动机那样来自机械自身。这个巨大的区别，也就是为什么这样的全自动原动机能够在现实中实实在在被创造出来的原因。然而，想通过利用外部能量而节省燃料或能源费用的想法并不理想，因为制造出这样的原动机花费的钱非常多，如果制造成本能够降低，它或许可以得到推广。

在后面的篇章中，我们能够了解其他类型的“全自动”的原动机，并且会通过实际举例来论证为什么这样的机械通常不会在工业生产中得到应用。