เครื่องจักร
กลไกนาฬิกาคือกลไกภายในของนาฬิกาและนาฬิกาข้อมือ (ซึ่งเรียกอีกอย่างว่ากลไกการทำงาน ) หรืออุปกรณ์เชิงกลอื่นๆ ที่ทำงานในลักษณะเดียวกัน โดยใช้ชุดเฟืองที่ขับเคลื่อนด้วยสปริงหรือตุ้มน้ำหนัก[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
กลไกนาฬิกามักจะขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์นาฬิกา [ 4 ]ซึ่งประกอบด้วยสปริงหลักสปริงบิดเกลียวที่ทำจากริบบิ้นโลหะ พลังงานจะถูกเก็บไว้ในสปริงหลักด้วยมือโดยการไขลานโดยการหมุนกุญแจที่ติดอยู่กับเฟืองวงล้อซึ่งจะบิดสปริงหลักให้แน่นขึ้น จากนั้นแรงของสปริงหลักจะหมุนเฟืองนาฬิกาจนกว่าพลังงานที่เก็บไว้จะหมด คำคุณศัพท์wind-upและspring-poweredหมายถึงอุปกรณ์นาฬิกาที่ขับเคลื่อนด้วยสปริงหลัก ซึ่งรวมถึงนาฬิกาและนาฬิกาข้อมือ นาฬิกาจับเวลาใน ครัว กล่องดนตรีและของเล่นไขลาน
ประวัติศาสตร์
ตัวอย่างที่เก่าแก่ที่สุดที่รู้จักของระบบกลไกนาฬิกาคือกลไกแอนติคิเธราอุปกรณ์นี้ทำหน้าที่เป็นคอมพิวเตอร์อนาล็อกแบบ เฟือง หลังจากสร้างขึ้นในช่วงศตวรรษที่ 1 ก่อนคริสต์ศักราช มี ลักษณะคล้าย แอสโทรลาบและได้รับการออกแบบมาเพื่อคำนวณตำแหน่งทางดาราศาสตร์และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการจดบันทึกสุริยุปราคา กลไก นี้ถูกค้นพบจากซากเรืออับปางของกรีก เป็นเวลานานหลังจากสร้างขึ้น และธรรมชาติของมันยังคงเป็นปริศนาหลังจากการค้นพบครั้งแรกเนื่องจากความเสียหายหลายจุด มีบันทึกอื่นๆ อีกมากมายเกี่ยวกับอุปกรณ์กลไกนาฬิกาในกรีกโบราณแม้แต่ในตำนาน เทพเจ้า และกลไกดังกล่าวเองก็มีความซับซ้อนมากพอที่จะบ่งชี้ถึงประวัติศาสตร์ที่สำคัญของอุปกรณ์ขนาดเล็กกว่าที่นำไปสู่การสร้างขึ้น[ 5 ]
ในบางจุด ความซับซ้อนระดับนี้ในเทคโนโลยีกลไกนาฬิกาได้สูญหายหรือถูกลืมไปในยุโรป และกลับมาอีกครั้งเมื่อนำมาจาก โลก อิสลามหลังสงครามครูเสดพร้อมกับความรู้อื่นๆ ที่นำไปสู่ยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาในที่สุด กลไกนาฬิกาก็กลับมามีระดับเทียบเท่ากับเทคโนโลยีในยุคก่อนโรมันในศตวรรษที่ 14 [ 6 ]
เช่นเดียวกับในเทพปกรณัมกรีก ตำนานของวัฒนธรรมอื่นๆ ก็มีการกล่าวอ้างเรื่องระบบอัตโนมัติที่ทะเยอทะยานเช่นกัน ตัวอย่างเช่น ในตำนานของชาวยิวโซโลมอนใช้ปัญญาของเขาออกแบบบัลลังก์ที่มีสัตว์จักรกลซึ่งจะสรรเสริญเขาในฐานะกษัตริย์เมื่อเขาขึ้นไปบนบัลลังก์ เมื่อนั่งลง นกอินทรีจะวางมงกุฎไว้บนศีรษะของเขา และนกพิราบจะนำ ม้วนคัมภีร์ โทราห์ มาให้เขา นอกจากนี้ยังกล่าวกันว่าเมื่อกษัตริย์โซโลมอนก้าวขึ้นไปบนบัลลังก์ กลไกก็จะเริ่มทำงาน ทันทีที่เขาก้าวขึ้นไปบนขั้นแรก วัวทองคำและสิงโตทองคำแต่ละตัวจะยื่นเท้าข้างหนึ่งออกมาเพื่อพยุงเขาและช่วยให้เขาก้าวขึ้นไปบนขั้นต่อไป สัตว์ที่อยู่ด้านข้างทั้งสองข้างจะช่วยกษัตริย์จนกระทั่งเขานั่งบนบัลลังก์ได้อย่างสบาย[ 7 ]
ในจีนโบราณมีเรื่องราวที่น่าสนใจเกี่ยวกับการทำงานอัตโนมัติปรากฏอยู่ใน ตำรา เหลียจื่อซึ่งเขียนขึ้นในศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสต์ศักราช ภายในตำรานี้ มีคำอธิบายถึงการพบปะกันในยุคก่อนหน้านั้นระหว่างกษัตริย์มู่แห่งโจว (ค.ศ. 1023-957 ก่อนคริสต์ศักราช) กับวิศวกรเครื่องกลนามว่าเหยียนซือ ซึ่งเป็น "ช่างฝีมือ" เหยียนซือได้ถวายผลงานกลไกของตนเองแด่กษัตริย์ด้วยความภาคภูมิใจ ( การสะกด ตามแบบเวด-ไจล์ส ):
พระราชาทรงจ้องมองร่างนั้นด้วยความประหลาดใจ มันเดินด้วยก้าวที่รวดเร็ว ขยับศีรษะขึ้นลง จนใครๆ ก็คงคิดว่าเป็นมนุษย์จริงๆ ช่างฝีมือแตะที่คางของมัน และมันก็เริ่มร้องเพลงได้อย่างสมบูรณ์แบบ เขาแตะที่มือของมัน และมันก็เริ่มแสดงท่าทางต่างๆ ได้จังหวะที่สมบูรณ์แบบ...เมื่อการแสดงใกล้จะจบลง หุ่นยนต์ตัวนั้นก็ขยิบตาและแสดงท่าทีเข้าหาเหล่าสตรีที่มาร่วมงาน ทำให้พระราชาทรงพิโรธและเกือบจะสั่งประหารเยนซือทันที หากเยนซือไม่หวาดกลัวจนรีบนำหุ่นยนต์นั้นมาแยกชิ้นส่วนเพื่อให้พระองค์ได้เห็นว่ามันคืออะไรกันแน่ และแท้จริงแล้ว มันก็เป็นเพียงโครงสร้างที่ทำจากหนัง ไม้ กาว และแล็กเกอร์ ที่มีสีต่างๆ กัน ทั้งขาว ดำ แดง และน้ำเงิน เมื่อทรงตรวจสอบอย่างใกล้ชิด พระราชาทรงพบว่าอวัยวะภายในครบถ้วน ได้แก่ ตับ ถุงน้ำดี หัวใจ ปอด ม้าม ไต กระเพาะอาหาร และลำไส้ และเหนือสิ่งเหล่านี้อีกครั้ง กล้ามเนื้อ กระดูก และแขนขาพร้อมข้อต่อ ผิวหนัง ฟัน และผม ทั้งหมดล้วนเป็นของเทียม...กษัตริย์ทรงลองผลของการเอาหัวใจออก และพบว่าปากไม่สามารถพูดได้อีกต่อไป พระองค์ทรงเอาตับออกและดวงตาไม่สามารถมองเห็นได้อีกต่อไป พระองค์ทรงเอาไตออกและขาสูญเสียความสามารถในการเคลื่อนไหว กษัตริย์ทรงยินดี[ 8 ]
ตัวอย่างที่น่าสนใจอื่นๆ ได้แก่นกพิราบของอาร์คีทัส ซึ่งออ ลุส เกลลิอุสได้ กล่าวถึงไว้ [ 9 ] บันทึกของจีนที่คล้ายกันเกี่ยวกับหุ่นยนต์บินได้นั้นเขียนขึ้นโดยโมจื่อ นักปรัชญาโมฮิ สต์ ในศตวรรษที่ 5 ก่อนคริสต์ศักราชและลู่ปาน ผู้ร่วมสมัยของเขา ซึ่งสร้างนกไม้เทียม ( หม่าหยวน ) ที่สามารถบินได้สำเร็จ ตามที่ฮั่นเฟยจื่อและตำราอื่นๆ กล่าวไว้ [ 10 ]
ในศตวรรษที่ 11 กลไกนาฬิกาถูกนำมาใช้ทั้งในการทำนาฬิกาบอกเวลาและติดตามปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ในยุโรป นาฬิกาเหล่านั้นไม่ได้บอกเวลาได้อย่างแม่นยำนักเมื่อเทียบกับมาตรฐานสมัยใหม่ แต่เครื่องมือทางดาราศาสตร์ถูกนำมาใช้อย่างระมัดระวังเพื่อทำนายตำแหน่งของดาวเคราะห์และการเคลื่อนที่อื่นๆ ลำดับเวลาเดียวกันนี้ดูเหมือนจะใช้ได้กับยุโรปเช่นกัน โดยที่กลไกการปล่อยลูกบอล (escapement) ถูกนำมาใช้ในนาฬิกาตั้งแต่เวลานั้นแล้ว
จนถึงศตวรรษที่ 15 กลไกนาฬิกาถูกขับเคลื่อนด้วยน้ำ ตุ้มน้ำหนัก หรือวิธีการทางอ้อมที่ค่อนข้างดั้งเดิม แต่ในปี ค.ศ. 1430 นาฬิกาเรือนหนึ่งถูกมอบให้แก่ฟิลิปผู้ดีดยุกแห่งเบอร์กัน ดี ซึ่งขับเคลื่อนด้วยสปริง เทคโนโลยีนี้กลายเป็นมาตรฐานควบคู่ไปกับกลไกที่ขับเคลื่อนด้วยตุ้มน้ำหนัก ในช่วงกลางศตวรรษที่ 16 คริสเตียน ฮุยเกนส์ได้นำแนวคิดจากกาลิเลโอ กาลิเลอีมาพัฒนาเป็น กลไก ลูกตุ้ม สมัยใหม่เป็นครั้งแรก อย่างไรก็ตาม ในขณะที่สปริงหรือตุ้มน้ำหนักให้พลังงานขับเคลื่อน ลูกตุ้มทำหน้าที่เพียงควบคุมอัตราการปล่อยพลังงานนั้นผ่านกลไกการหลุดออก (escapement) ในอัตราที่กำหนดไว้
สถาบันสมิธโซเนียนมีหุ่นพระภิกษุจักรกลอยู่ในคอลเลกชัน สูงประมาณ15 นิ้ว (380 มม.)ซึ่งอาจมีอายุเก่าแก่ถึงปี 1560 พระภิกษุองค์นี้ขับเคลื่อนด้วยสปริงไขลานและเดินไปตามทางรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส ตีหน้าอกด้วยแขนขวา ขณะที่ยกและลดไม้กางเขนและลูกประคำเล็กๆ ในมือซ้าย หมุนและพยักหน้า กลิ้งตา และพึมพำคำอธิษฐานเงียบๆ เป็นครั้งคราว พระองค์จะนำไม้กางเขนมาจูบที่ริมฝีปาก เชื่อกันว่าหุ่นพระภิกษุองค์นี้ผลิตโดยJuanelo Turrianoช่างกลประจำจักรพรรดิชาร์ลส์ที่ 5 แห่งจักรวรรดิโรมันอันศักดิ์[ 11 ]
ภาพรวม
พลังงานที่สะสมไว้ซึ่งใช้โดยชิ้นส่วนใดชิ้นหนึ่งระหว่างการทำงาน มักจะถูกเก็บไว้ภายในตัวมันเอง โดยส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นผ่านอุปกรณ์ไขลานที่ใช้แรงทางกลกับกลไกการเก็บพลังงาน เช่น สปริงหลัก ซึ่งเกี่ยวข้องกับกลไก การปล่อยพลังงานบางรูปแบบในบางกรณีอาจใช้พลังงานจากมือ การใช้ล้อ ไม่ว่าจะเชื่อมต่อกันด้วย แรงเสียดทานหรือฟันเฟืองเพื่อเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ เพิ่มความเร็ว หรือสร้างแรงบิดเป็นเรื่องปกติ กลไกนาฬิกาจำนวนมากถูกสร้างขึ้นมาเพื่อแสดงให้เห็นถึงความชาญฉลาดทางกลศาสตร์อย่างชัดเจนหรือโดยนัยในด้านนี้เป็นหลักบางครั้ง นาฬิกาและกลไกการจับเวลาถูกใช้เพื่อส่งเสียงเตือนภัยหรือจุดระเบิดรวมถึงเพื่อกระตุ้นสิ่งอื่น ๆ ด้วย
ตัวอย่าง
ตัวอย่างที่พบได้บ่อยที่สุดคือนาฬิกา เชิงกล และนาฬิกาข้อมือ การใช้งานอื่นๆ ส่วนใหญ่แต่ไม่ใช่ทั้งหมดล้าสมัยไปแล้ว ได้แก่:
- ของเล่นไขลาน – มักใช้มอเตอร์เชิงกลอย่างง่าย หรือใช้สร้างหุ่นยนต์อัตโนมัติอาจใช้กุญแจไขลาน เช่นเดียวกับรถไฟจำลอง หลายรุ่นในศตวรรษที่ 20 หรืออาจใช้มอเตอร์แบบดึงกลับที่เรียบง่ายกว่าก็ได้
- ชัตเตอร์แบบใบมีดของกล้อง ถ่ายรูปส่วนใหญ่ใช้กลไกแบบนาฬิกาคล้ายกับนาฬิกาข้อมือในการกำหนดเวลาการเปิดและปิดของใบมีดชัตเตอร์
- กลไกสำหรับหมุนเลนส์ของประภาคารก่อนที่จะมีการใช้มอเตอร์ไฟฟ้า
- เครื่องคิดเลขเชิงกล คือเครื่องคิดเลขที่ใช้ก่อนที่เครื่องคิดเลขอิเล็กทรอนิกส์ ขนาดเล็ก จะเริ่มวางจำหน่ายในทศวรรษ 1970 เครื่องคิดเลขขนาดเล็กเหล่านี้ถูกนำมาใช้ beispielsweise สำหรับการคำนวณทางการเงินของบริษัทต่างๆ
- คอมพิวเตอร์เชิงกลนั้นซับซ้อนและมีขนาดใหญ่กว่าเครื่องคิดเลขเชิงกลมาก เช่น เครื่องคำนวณเชิง ผลต่างและเครื่องคำนวณเชิงวิเคราะห์ของแบ็บเบจ
- แบบจำลองทางดาราศาสตร์ เช่นแบบจำลองระบบสุริยะซึ่งมีประวัติความเป็นมาหลายร้อยปี
- กล่องดนตรีซึ่งเป็นที่นิยมอย่างมากในช่วงศตวรรษที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20
- เครื่องเล่นแผ่นเสียง (แกรมโมโฟน) เกือบทั้งหมดที่ผลิตก่อนปี 1930
- อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้พลังงานจากมือ เช่นวิทยุแบบไขลานซึ่งสปริงที่เก็บพลังงานซึ่งเป็นส่วนสำคัญของขนาดและน้ำหนักของอุปกรณ์ จะหมุนเครื่องกำเนิด ไฟฟ้าขนาดเล็กกว่ามาก อุปกรณ์ดังกล่าวได้รับความนิยมอย่างมากในพื้นที่ที่แบตเตอรี่และไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟหลัก (กระแสไฟฟ้าในบ้าน) ขาดแคลน
