5.20 不用上弦的時鐘

永動機我會已經了解了，它是造不出來的。然而今天我們要談一談“全自動”的原動機。也就是說不需要我們做任何事情，這種機器就能無限期地工作下去，它工作需要的能量來自它所處的環境。

氣壓計這東西大家應該不陌生，無論是水銀氣壓計還是金屬氣壓計，它的指數變化來自大氣氣壓的變化。水銀氣壓計的水銀柱隨著大氣壓的變化而上升下降，而金屬氣壓計的指針會隨著氣壓的上升下降而左右擺動，這就是一種原動機。

在18世紀，一位發明家發明了一種利用氣壓計的運動為鐘表機械上弦的物體，從而制造出了能夠自動上弦的時鐘。這項發明贏得了英國力學家和天文學家弗格森的高度評價。在弗格森看來，“這個時鐘在制作的想法和工藝上都是我曾經見過的機械里最巧妙的機械。僅僅憑借著專門設計的氣壓計的水銀柱的升降就能夠帶動機械不停地走動。不要認為它會停止，即便你拿掉氣壓計，由于水銀柱上升下降積蓄的力量也足夠維持這座時鐘走動整整一年。這實在是太巧妙的設計了。”

不過這項偉大的發明沒有被很好地保護起來，真令人遺憾，我們現在只能通過觀看當時的設計圖紙聯想這個機器的精巧（圖5-21）。

圖5-21 18世紀“永動”的時鐘

根據結構設計圖不難看出提供動力的是一個被特別設計的大尺寸的水銀氣壓計。它由可以移動的玻璃罐和瓶口向下倒置的燒瓶組成，這兩個器皿中總共裝有重150千克左右的水銀。這兩個器皿還構成了一個巧妙的杠桿結構，使得大燒瓶和玻璃罐會隨著氣壓的變化做著相反方向的運動。也就是說當氣壓上升時，玻璃罐上升而大燒瓶下降。如果氣壓不動，杠桿會靜止不動，連接著大燒瓶和玻璃罐的齒輪也會靜止不動。而使時鐘走動的擺錘只能通過以前積累下的能量走動。這種既依靠機械運動積累能量推動擺錘上升，又利用擺錘的升降推動機械運動的做法實屬不易，然而其中還有一個不容忽略的問題，就是擺錘上升和下降的時間并不是相等的，這需要加上一個特殊的裝置，才能改善。

最后，經過人們的努力，擺錘終于能夠進行規律的周期性升降運動，整個機械設計的精巧性也顯而易見。原動機不同于永動機，它運動的能量來自外界而不是像永動機那樣來自機械自身。這個巨大的區別，也就是為什么這樣的全自動原動機能夠在現實中實實在在被創造出來的原因。然而，想通過利用外部能量而節省燃料或能源費用的想法并不理想，因為制造出這樣的原動機花費的錢非常多，如果制造成本能夠降低，它或許可以得到推廣。

在后面的篇章中，我們能夠了解其他類型的“全自動”的原動機，并且會通過實際舉例來論證為什么這樣的機械通常不會在工業生產中得到應用。