Medir el tiempo es una necesidad de la vida. Si bien es posible determinar si el tiempo es largo o corto con base en la sensación, esto no es preciso. En términos objetivos, se necesita una «regla» para medir el tiempo. Por ejemplo, la velocidad de rotación de la Tierra varía muy poco, y cuando no se requiere precisión, se puede considerar constante. Utilizar el tiempo que tarda la Tierra en dar una vuelta completa como unidad de medida es un día. Para subdividir el tiempo, es necesario buscar un movimiento constante más breve como estándar de medición. Ya en el siglo XVI, durante el Renacimiento europeo, el científico italiano Galileo observó casualmente que, aunque el péndulo de una lámpara colgante en una iglesia oscilaba cada vez con menos amplitud, el tiempo de cada oscilación siempre era constante. Este descubrimiento fue muy importante, ya que proporcionó un método sencillo de medir el tiempo. Basta con hacer que un péndulo accione las manecillas de las horas y los minutos para crear un reloj mecánico preciso.
Sin embargo, para que este reloj mecánico que utiliza el péndulo se convirtiera en una realidad, era necesario superar un gran desafío. El péndulo siempre se ve inevitablemente interrumpido por diversas fuerzas de fricción, como la fricción en los cojinetes y la resistencia del aire. Debido a estas fuerzas, la amplitud del péndulo disminuye cada vez más, hasta que finalmente se detiene por completo. Para resolver este problema, los ingeniosos artesanos inventaron el «mecanismo de escape». Este mecanismo consiste en una rueda de escape y una horquilla de escape. La rueda de escape está conectada al péndulo, y la horquilla de escape, al péndulo. Cuando se eleva el péndulo a una posición alta y se suelta, este desciende lentamente bajo la acción de la gravedad, al mismo tiempo que impacta en la horquilla de escape. La ingeniosidad del mecanismo de escape radica en que, independientemente de la dirección en la que se mueva el péndulo, el impacto siempre se produce en la misma dirección. Cada vez que el péndulo oscila, la energía perdida debido a la fricción se compensa con el impacto de la rueda de escape, por lo que la amplitud del péndulo no disminuye. Ya en la dinastía Song, este ingenioso mecanismo de escape se utilizaba en los «instrumentos de observación astronómica accionados por agua». En 1656, el científico holandés Christiaan Huygens diseñó el primer reloj de péndulo equipado con un mecanismo de escape.
La física define el «trabajo realizado por una fuerza sobre un objeto» como «el producto de la fuerza aplicada al objeto y la distancia recorrida por el objeto». Si la dirección del movimiento del objeto coincide con la dirección de la fuerza, el trabajo realizado es «positivo». El efecto del trabajo positivo es aumentar la energía del objeto. Si la dirección del movimiento es opuesta a la de la fuerza, el trabajo realizado es «negativo», y su efecto es reducir la energía del objeto. Durante el movimiento del péndulo, la fricción actúa en sentido contrario al del péndulo, mientras que el impacto del mecanismo de escape actúa en la misma dirección que el péndulo. Cuando la fricción compensa perfectamente el trabajo positivo del mecanismo de escape, la energía del péndulo se mantiene constante y éste puede seguir oscilando sin parar. La energía perdida del péndulo no desaparece de la nada, sino que se transforma en otra forma de energía en forma de calor. La energía aportada por el mecanismo de escape tampoco se genera de la nada, sino que proviene de la caída del péndulo. Cuando el péndulo llega a su punto más bajo, es necesario accionarlo manualmente para que el reloj pueda seguir funcionando. Hay muchas formas de aportar energía, pero la más habitual es utilizar un muelle de acero apretado en lugar de elevar el péndulo. En el mundo objetivo, la energía no se puede crear ni destruir de la nada, solo puede transformarse de una forma a otra entre diferentes objetos. Esta es la ley de la conservación de la energía, que es universal en la naturaleza.