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中世纪阿拉伯计时装置四蜡烛钟上-(XINWEN)

发布时间:2021-10-09 17:37:24 阅读: 来源:混凝土搅拌站厂家

在向大家介绍的阿拉伯计时器中,大部分都是以水作为最基本的驱动力的,各类水力计时器和其他表演装置几乎都具有在恒定时间当中以水为媒介,并促以其他基础力学原理,将时间的一个部分加以表示和报时,而且,这些计时装置的一个最基础的特性几乎到现在都还在各种新式的装置中被运用:即,都利用的是物质在一定时间当中的消除、增长或变化的特性。其中,水因为几乎可以在任何形状,大小的容器中被运用,而且其在相应的相对时间中所消耗或增长的速率也相对稳定,因此,水成为了几乎是世界各大古文明用以记录时间的最好的工具,而又因为在各文明发展过程中,水相对可以立取,并且数量较多,这也成为了其用以计时的最好的驱动力。而与水的这一流动性相同,与之类似的,且拥有相同特性的,在阿拉伯运用的就应该是蜡烛了。关于蜡烛的应用,其他的文明也曾经运用过并将其用以计时,例如,在古代希腊、罗马和印度的文明进程中,都曾用蜡烛作为最简单的媒介用于计时,但是因为出现过很多种情况的失误,因此,蜡烛驱动的计时装置相比水力计时装置来看要少很多,而且,大部分因为不够实用而并未记载到历史当中。

而艾尔·加扎利所著的《精巧机械的制造知识》一书中,一共收录了4种蜡烛钟,并且还明确的收入了尺寸,大小等基本数据。这在所有的计时装置中可以说是自成一家,与其他的计时装置不同,这样的蜡烛计时装置,运用了之前未提到的设计理念与使用方法,并且还使用了全新的结构,其内部设计构造与之前几篇我们提到的水力计时装置有很大的不同,可以说是一种新式的计时装置。

而这样的计时装置在使用上有很大的不同,因为蜡烛在点燃后的光亮,这种蜡烛计时装置在书中就被记录为夜间使用的计时器,并且在这4种蜡烛钟当中,都很明确地将夜晚划分为14个小时,并且,在每一台蜡烛钟所使用的蜡烛上都会标记有14个明显的分区这将计时的本质体现了出来,并且,4款不同的蜡烛钟都具有相同的蜡烛放置和托盘结构,以及自动报时的机构,只是在设计时的差异的体现,使得这4种蜡烛钟都具有独特的设计与使用特点。

图 1 带有14个分区的蜡烛

在艾尔·加扎利所编写的《精巧机械的制造知识》一书中,所记录的4种不同样式的蜡烛钟都使用了相同的动力系统与报时机构,它们所用的特制的蜡烛被分成了14个分区(图1),表示一根蜡烛可以在夜晚的14个小时中使用,且当蜡烛燃烧尽时钟就会停止运转,在蜡烛钟的整体设计中,4款蜡烛钟都使用了相同的结构:特定尺寸,长度的蜡烛被装在一个内套管中以防止滑脱,而在蜡烛的底部都有一个与直径相同的托盘,而在托盘中心装有一根立柱,在立柱的最下方连接两根相对的绳索,其从立柱的最下方的孔穿过,两根绳索又向上延伸到内管最顶端的两个小滑轮上,通过小滑轮,绳索改变方向向下延伸,并在绳索的末端,绳索都同时挂在一个大的配重砝码上,而所有的一系列装置都被装在一个外套管中,并且两个相对的小滑轮也都装在外管的内侧,因为重力作用,配重砝码会因重力下降,从而拉动绳索,并且将两绳连接着的托盘立柱向上拉起,并且把蜡烛抵出外套管,因此,在外套管上,艾尔·加扎利加装了一个顶盖的设计,顶盖在放入蜡烛后盖在蜡烛上面,并且其中心留有小孔以使得蜡烛的烛芯从孔中露出以方便点燃,而顶盖需要在蜡烛装入后压住蜡烛并防止其脱出,又要在蜡烛燃尽后用以打开以放入新的蜡烛,这样就要求顶盖在装入蜡烛后保持绝对的稳定,并且在使用完成后可以轻便的打开。

图 2 L形卡口

为此,艾尔·加扎利在设计中创造性地发明了“L”形卡锁(图2),即,在顶盖上有一根突出的铜棒,而在外套管顶端又有相对的一个“L”形槽,其开口在外套管顶端,并在向下垂直延伸相同的长度后向水平的一个旋转方向延伸,并且在延伸一定的长度后停止,这样一来,当顶盖盖在外套管上时,其外突的铜棒可以进入外管的槽中,并且在到达其槽底部后,使顶盖向一个方向旋转后顶住,这使得顶盖在使用时可以压住蜡烛,而在使用完成后反方向旋转顶盖以将其取出。这样的设计在现代的生活中也时常见到,并且也在灯泡的应用中持续了近200年。

而在本篇文章中,要向大家分享的蜡烛钟是艾尔·加扎利设计的4台蜡烛钟当中的前两台——武士蜡烛钟和书写员蜡烛钟。

图 3 武士蜡烛钟

艾尔·加扎利在其书《精巧机械的制造知识》一书中共设计有4种不同形式的蜡烛计时装置。在本文中,我们会先给大家介绍两种,而另外两种则会在最后的一篇文章中向大家介绍。在本文中,先行介绍武士蜡烛钟和书写员蜡烛钟。武士蜡烛钟作为蜡烛钟介绍的开篇(图3),其在设计时就已经奠定了后3种蜡烛计时钟的基本动力形态。

武士蜡烛钟主体部分被在书中称作烛台,其为一个木质或铜质的圆形基座,在基座上立有一根外套铜管,其管中又有一个小的内套铜管,用于在一定范围内固定蜡烛,并且套管则是通过一些支架等固定在外套管中的,这样一来,内套管可以做到与外套管保持同轴同心,以防在使用时移位而影响到蜡烛的燃烧,而在内套管底部有一个直径略小于内套管的托盘,其下有一根立柱,当托盘在内套管底部时,立柱会碰到烛台的底座,以防止托盘脱出,而在立柱的最下方连有两根相对的绳索,绳索都向上拉到安装在外套管顶部内径上相对安装的两个小滑轮上,并且又在滑轮上向下拉,在其下方连接一个配重砝码,以驱动整个机构运转,而在大砝码的重力作用下,托盘会在绳索的牵引中向上压,而当套管中放入蜡烛后,砝码会被拉起至其最高处,而在点燃后,随着蜡烛长度的减小,砝码会随重力作用向下降。这是所有的蜡烛钟都有的主体结构,而4台蜡烛钟的不同则在于它们不一样的报时设计和时间指示机构。

在武士蜡烛钟当中,这样的机构与后三种又不相同,这样一来,武士蜡烛钟就成了3款钟当中独特之作,并且从结构上看,武士蜡烛钟也是相对简单的一款。其主体结构在之前已经介绍过,而在这一基础上,在外套管的左边安装有一只猎鹰,其嘴部是中空的,并且在其背部有一个孔与其嘴部相连,而在外套管上也有一个孔,用于小球放出,而在外管孔的后方有一根倾斜的导轨,导轨的一头与外管上的孔相连,另一端要高于外管孔并且一直延伸到外套管的另一边,而在另一边的外套管内壁上焊有一根垂直的导轨,在导轨中分成14个分格,其中放有14颗铜球,用于在钟的运作过程中报时,而在装入14颗铜球后,蜡烛会把小球压在导轨中,而在蜡烛燃烧后,在托盘上升后,每一格中的铜球就会落入其下方的导轨中,而在铜球槽与导轨之间有一个小型的斗状物,用于在铜球下落时先行接住铜球.

而在斗上又连有绳索,绳索向上延伸,到穿过猎鹰上方的外管上的孔并从孔中伸出,在外管的接近顶端处有一个延伸出去的台,在台上坐有一个阿拉伯风格的武士,并且武士的右手执一把剑,在平时,武士的右手向左停在其左肩处呈准备劈砍状,而在其右手肘部装有一个可以活动的小滑轮,可以使其连同武士的右手一起转动,但是当武士的剑挥到烛芯上时,运动又会停止,并且当挥舞完后,武士的右手和剑又会回到原位,准备下一次劈砍。而从上方的套管的孔中延伸出的绳索会接入并绕在武士右手肘部的滑轮上,并带动滑轮带动武士的的右手挥剑;而武士的整个身体被做成中空的,并且在武士右手的延伸处还有一根线,其上接有一个比武士的手和手上另一处连接的斗都要重的砝码,而在砝码与武士的右手之间有一个小滑轮可以使其连接的线不至于太快的磨损,这是武士蜡烛钟的具体构造,

但是读者们可以发现,在这台钟当中并没有时间的指示机构,根据《精巧机械的制造知识》一书中的记载,4种蜡烛钟的排列方法其并没有提及,但是从我个人读完全书的情况来看,这4台不同的蜡烛钟是以设计的难易程度排列的,个人认为,其可以是以这种蜡烛钟的研发时间的先后来进行排列的,因为在通读全章后,个人发现这些蜡烛钟的结构设计的复杂程度是在呈一种上升的趋势.

而且在下一篇文章中提到的最后一台蜡烛钟在这4台蜡烛钟当中是最复杂,且最精彩的,这样的排列可以很直接的向读者们展示这些蜡烛钟的演进历程。而在武士蜡烛钟当中,计时的时间指示机构被移除或者根本就没有被设计在这台钟上,因此武士蜡烛钟从严格意义上来看是可以将其定义为报时钟,因为在钟的全部结构中并没有出现有计时和时间指示的部分出现,而全钟可能也是作为一个相对成熟的实验版本或先行设计的版本被设计到书当中的。

在武士蜡烛钟当中,当蜡烛被点燃时,随着蜡烛的燃烧,其蜡烛本身的长度在内管中不断缩短,而这使得在蜡烛的下方的托盘开始上升,从而在绳索的牵引下,砝码会下降,而在燃烧一小时后,蜡烛的长度会被缩短,刚好露出铜球导轨上的第一格,使得铜球从导轨中滑落,而因为导轨是被一些小挡片分成14份,所以在第一个(也就是最下面的那个)铜球落下后,其上面剩下的13颗铜球并不会受到影响。

铜球从导轨中落下后,并不会直接落到与外套管相连的猎鹰中的倾斜导轨上,而是先会落在与上方台子上的武士相连的斗上,当铜球从下方落入斗中时,其重力与冲击力会拉动武士的右臂肘部上的滑轮,并且使武士的右臂向左挥动,挥舞的剑会砍掉一小段已经燃烧掉的烛芯,然后在小砝码的重力作用下将武士的右手拉回原位,然后,铜球从斗中划出,并且落入到下方的导轨中,最后进入到猎鹰的嘴中,并从猎鹰口中掉入到烛台的底座中,最终发出声响以报明时间。

这台武士蜡烛钟再设计的全书排列中可以说是最简单的,其仅只有一个报时机构的猎鹰和一个附带的动偶武士,全钟在介绍中并没有设计时间的指示机构,并且在全钟的设计当中也并没有为时间指示机构留出空间,这样可以大体推测这台武士蜡烛钟的设计是在蜡烛钟研发过程中的相对较早且很多因素并没有考虑在其中的一项设计或是不太成熟的设计中的代表作品被收录在书中。但是,武士蜡烛钟的设计理念在当时看来是非常新颖且十分别致的,而且从设计的层面来看,这样的武士蜡烛钟的设计也为接下来的后3种蜡烛钟的改进与革新打下了基础,也使得后期再改进与升级的蜡烛钟有了很大的提升空间和更多带给看客们的惊喜。

图 4 书写员蜡烛钟

在武士蜡烛钟之后,艾尔·加扎利又在其基础上后续设计了更加精巧的新一代蜡烛钟,而在其书《精巧机械的制造知识》一书中,第二台介绍的正是从武士蜡烛钟之上获得灵感,但又在设计理念中加以提升和进化的新型蜡烛钟——书写员蜡烛钟(图4)。

作为蜡烛钟的改形,书写员蜡烛钟在大体的样式和基本的动力源方面与武士蜡烛钟基本一致,二者都采用的是内外套管装取蜡烛,并都用了“L”形卡槽的顶盖的固定,并且,二者都使用了绳索上压的托盘和大型砝码作为整个蜡烛钟的动力机构和能量释放机构,而与武士蜡烛钟不相同的是:书写员蜡烛钟在武士蜡烛钟的基础上加入了成熟的时间指示系统,使得蜡烛钟在运行时可以让用者相对明晰的读出所示的时间,这已经基本具备了时钟的基本特性了,而且,书写员蜡烛钟的报时机构,其结构和功能上相比武士蜡烛钟就有了很明显的提升。书写员蜡烛钟在其外观上看做得比武士蜡烛钟要大,而且有一个加大的烛台底座,而外套管仍然安装在烛台的底座上,其内有一根同轴的内套管用于放置蜡烛,在所放置的蜡烛下有一个带立柱的托盘,并且在托盘上的立柱上装有绳索,绳索在外套管上方内壁上的滑轮处改变方向,然后向下的两头连有一个大重砝码,这都与武士钟上所设计的一样,而其差异在于:书写员蜡烛钟的设计中改进加入了一套时间指示机构,即:在大配重砝码上装有一根绳索,并且在绳索旁有一个滑轮.

而且,从砝码上延伸出去的绳索会连接到一个绕线轮上,而在绕线轮上则连有另一头的绳索,而且在其上还有一个小的配重砝码以平衡整个机构;在绕线轮上装有轴,而轴则从烛台的底座的夹板中伸出,并且在其上安装有一个执笔的坐像人偶,即书写员,因此,书写员会在蜡烛钟运转时在绳索的牵引下随其下方的绕线轮一同转动,而在书写员前方还放有环状的刻度盘,可以使得书写员手中的笔指示出刻度盘上的时间。而在报时方面,在书写员蜡烛钟当中,其报时机构也相应做出了调整,即:装猎鹰的位置,将猎鹰调整到了与书写员相对的位置并且把存放铜球的导轨放在了蜡烛的托盘上,使其可以随托盘一同上升,并且14颗铜球依次放入导轨中,而在猎鹰背后和外套管上都开有孔,两孔相连,而导轨正好在两个孔的后面,这样一来,当导轨随着托盘上升时,导轨中的铜球会在达到所开的孔时脱出导轨,沿孔进入到猎鹰的头中,并最终从猎鹰的口中掉出,落入烛台的底座中,发出声响报时。

当蜡烛点燃时,随着蜡烛的燃烧,其长度减短,而在长度发生变化后,托盘会不断上升,从而牵动绕线轮转动,并且使得底座上面的书写员转动并指示时间。而且同时,托盘的上升会带动其上连接的铜球导轨,导轨上升,把一个铜球从中脱出,从猎鹰口中掉落,发出声响报时,这是一个小时中这台书写员蜡烛钟的运行。可以很明显的看出的是,书写员蜡烛钟比起武士蜡烛钟而言已经有了很多的改进与革新,并且说在其基础上又推出了新的结构,而在后面的文章中,剩下两种蜡烛钟也同样具备了不同形式的时间指示机构,并且,这样的时间指示机构在后来的两台蜡烛钟当中也会以不同的形式呈现。这种书写员蜡烛钟以其特殊的且简便的结构装置将时间很形象的表示出来,不但在武士钟的基础上做了改进与提升,还为下面蜡烛钟的持续修改和革新积累了设计经验和结构基础,为后面蜡烛钟的演进提供了上升空间。

在文中所介绍的两种蜡烛钟:武士蜡烛钟和书写员蜡烛钟当中,就可以理解当时阿拉伯帝国的科技沉淀之深厚,实力雄厚,才可以支撑如此宏大的结构研发,而且可以领略到当时中世纪阿拉伯科学家和工匠的深厚科学积累和高超的技艺,使得这样精巧的计时装置以书面和文字的形式展现在我们面前,我们也完全有理由相信这些设计的蜡烛钟和其他已经介绍过和解析过的中世纪阿拉伯精巧机械也确实存在过,在当时人们的眼中,它们是如神迹一样的技术,而哪怕是在科技远超中世纪的今天,当这些被尘封的技艺被再次呈现在我们面前时,人们同样会被其独特的魅力所吸引。

在下一篇文章,也是本系列的完结篇中,还会给大家奉上最后两种结构的独特的蜡烛钟,并且对整个系列的计时机械装置做出小结,并一并奉上最好的文章给读者们。

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