Chiếc đồng hồ Anh chạy nhờ đá nặng đến mức dây cáp phải dài bằng cả toà nhà 🪨

Trước khi điện năng trở thành nguồn năng lượng phổ biến, con người đã dùng trọng lực để đo thời gian. Nguyên lý rất đơn giản: một quả nặng được treo vào dây hoặc xích, khi rơi xuống sẽ kéo theo cơ cấu bánh răng quay đều đặn. Đồng hồ quả lắc trong nhà thờ và tháp đồng hồ lớn đều hoạt động theo cách này trong nhiều thế kỷ. ^[1][2]

Quả nặng phải rơi bao xa?

Để đồng hồ chạy được lâu mà không cần lên dây, quả nặng phải có quãng đường rơi đủ dài. Với những cỗ máy lớn, điều đó đồng nghĩa với việc khoan giếng hoặc xây khoang thẳng đứng xuyên qua nhiều tầng của tòa nhà. Dây cáp hoặc xích nối quả nặng với bộ máy ở trên, nên chiều dài dây phải tương ứng với chiều cao mà quả nặng có thể đi xuống. ^[1][3]

Tại Cung điện Westminster, tháp Elizabeth cao khoảng 96 mét tính đến chóp, còn bản thân bộ máy đồng hồ nằm ở khoảng tầng 11. Bên trong tháp có những khoang thẳng đứng dành cho quả nặng và dây cáp, cho phép bộ máy hoạt động mà không cần ai lên dây thường xuyên. ^[3][4]

Không chỉ có trọng lực

Đồng hồ quả lắc dùng trọng lực để cấp năng lượng, nhưng cần thêm cơ cấu thoát (escapement) để giải phóng năng lượng theo từng nhịp đều. Quả lắc điều chỉnh tốc độ, còn quả nặng cung cấp lực kéo. Sự kết hợp này giữ cho kim đồng hồ chạy chính xác trong nhiều thập kỷ. ^[1][2]

• Quả nặng càng nặng hoặc rơi càng xa thì đồng hồ chạy được càng lâu giữa hai lần lên dây. ^[1]
• Dây cáp hoặc xích phải đủ bền để giữ quả nặng hàng chục kilôgam trong nhiều tầng nhà. ^[3]
• Cơ cấu thoát chuyển chuyển động rơi liên tục thành từng nhịp đều đặn của kim đồng hồ. ^[2]

Vì sao ngày nay ít thấy?

Khi điện năng và động cơ điện ra đời, việc dùng quả nặng trở nên cồng kềnh và tốn không gian. Nhiều đồng hồ lớn được chuyển sang chạy điện hoặc được cải tạo để lên dây tự động. Tuy vậy, một số đồng hồ lịch sử vẫn giữ hệ thống quả nặng như một phần di sản kỹ thuật. ^[2][3]

Câu chuyện về quả nặng đá cho thấy một ý tưởng đơn giản — để vật nặng rơi chậm — có thể biến thành cỗ máy đo thời gian đáng tin cậy. Đó là minh chứng cho sự khéo léo của kỹ thuật trước thời đại điện tử. ^[1][2]