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在电力和机械钟表出现之前,古人如何精确计时?日晷依赖阳光,阴天或夜晚就失效了。于是,水钟应运而生。最简单的水钟就是一个装满水的容器,底部开个小孔。水流出,水位下降,通过观察水位来计时。
但这种水钟有个大问题:随着水位下降,水压变小,水流速度会越来越慢。这意味着相同高度的水位下降所需的时间不同,计时不准确。看这些时间刻度,为了保持准确,它们必须间隔不均匀。古希腊人如何解决这个问题,实现恒定的水流速度呢?
古希腊工程师展现了惊人的智慧。他们设计了一种巧妙的水钟,利用了我们今天称之为"反馈控制"的原理。关键在于这个中间的容器。它的目标是保持水位恒定。容器里有一个浮子,它就像一个"传感器",感知着实际的水位。当水位下降时,浮子下沉,"告诉"阀门要开大一点,让更多水进来。当水位上升时,浮子上浮,"告诉"阀门要关小一点,减少进水。通过这种方式,浮子根据实际水位不断调节进水量,从而将水位维持在一个预设的目标值附近。