Misurare il tempo è una necessità della vita. Il tempo è lungo o breve? Giudicarlo solo in base alla sensazione non è accurato. Obiettivamente, abbiamo bisogno di un "righello" per misurare il tempo. Ad esempio, la velocità di rotazione della Terra varia molto poco e, quando non sono richiesti standard elevati, può essere considerata costante. Il tempo necessario per una rotazione completa della Terra viene utilizzato come unità di misura del tempo, che è un giorno e una notte. Per suddividere ulteriormente il tempo, è necessario trovare un movimento costante più breve come standard di misurazione. Già nel XVI secolo, durante il Rinascimento europeo, il grande scienziato italiano Galileo notò per caso che, anche se l'ampiezza delle oscillazioni della lampada pendente nella chiesa diminuiva continuamente, il tempo di ogni oscillazione rimaneva sempre costante. Questa scoperta è stata molto importante, in quanto ha fornito un metodo semplice per misurare il tempo. Basta trovare un modo per far muovere gli aghi delle lancette e delle ore con un pendolo per creare un orologio meccanico preciso.
Tuttavia, per rendere realtà questo orologio meccanico che utilizza il pendolo, è stato necessario superare una grande difficoltà. Il pendolo è inevitabilmente disturbato da vari tipi di resistenza durante il suo movimento, come la frizione nei cuscinetti e la resistenza dell'aria. A causa di queste resistenze, l'ampiezza delle oscillazioni del pendolo diminuisce sempre di più, fino a fermarsi completamente. Per risolvere questo problema, gli artigiani intelligenti hanno inventato il "meccanismo di arresto e rilascio". Questo meccanismo è composto da una ruota di arresto e una forcella di arresto. La ruota di arresto è collegata al pendolo pesante, mentre la forcella di arresto è collegata al pendolo oscillante. Quando il pendolo pesante viene sollevato in alto e rilasciato, scende lentamente sotto l'effetto della gravità, azionando la ruota di arresto che colpisce la forcella di arresto. La genialità del meccanismo di arresto è che, indipendentemente dalla direzione del movimento del pendolo, la direzione dell'impatto è sempre coerente con la direzione del movimento. Ogni volta che il pendolo oscilla, l'energia persa a causa delle resistenze viene rifornita dall'impatto della ruota di arresto, evitando così che l'ampiezza delle oscillazioni del pendolo diminuisca. Già nella dinastia Song, questo meccanismo di arresto ingegnoso era già stato utilizzato nei "strumenti di misurazione idraulici". Nel 1656, lo scienziato olandese Christiaan Huygens progettò il primo orologio a pendolo dotato di meccanismo di arresto e rilascio.
La fisica definisce il "lavoro svolto da una forza su un oggetto" come "il prodotto della forza applicata all'oggetto e della distanza percorsa dall'oggetto". Se la direzione del movimento dell'oggetto è coerente con quella della forza, il lavoro svolto è "lavoro positivo". L'effetto del lavoro positivo è quello di aumentare l'energia dell'oggetto. Se la direzione del movimento è opposta a quella della forza, si tratta di "lavoro negativo", il cui effetto è quello di ridurre l'energia dell'oggetto. Durante il movimento del pendolo, la forza di frizione è opposta alla direzione del movimento del pendolo, mentre l'impatto del meccanismo di arresto è coerente con la direzione del movimento del pendolo. Quando la forza di frizione negativa viene compensata dall'impatto positivo del meccanismo di arresto, l'energia del pendolo rimane costante e l'orologio può continuare a oscillare. L'energia persa dal pendolo non scompare nel nulla, ma si trasforma in un'altra forma di energia sotto forma di calore. L'energia supplementare fornita dal meccanismo di arresto non viene generata dal nulla, ma proviene dalla discesa del pendolo pesante. Quando il pendolo pesante raggiunge il punto più basso, è necessario tirarlo su manualmente per far funzionare di nuovo l'orologio. Esistono molti metodi per rifornire di energia, il più comune dei quali è utilizzare una molla di acciaio tesa al posto del pendolo pesante. Nel mondo oggettivo, l'energia non può essere creata o distrutta dal nulla, ma può solo essere trasformata da una forma all'altra tra diversi oggetti. Questa è la legge della conservazione dell'energia, universalmente presente nella natura.