時間の測定は生活にとって不可欠なものです。時間が長いか短いかを感覚で判断するのは不正確です。客観的に見ると、時間を測るには「尺」が必要です。例えば、地球の自転速度は非常に小さく、要求が低ければ一定であると考えることができます。地球が1周する時間を測定単位とすると、これは1日です。時間をさらに細分化するには、より短い恒常運動を測定基準として探す必要があります。16世紀のルネサンス時代にイタリアの科学者ガリレオ・ガリレイが偶然に気づいたのは、教会の天井に吊るされたランプの揺れ幅が小さくなっても、そのたびの揺れ時間は一定であるということでした。この発見は非常に重要で、時間を測るための簡単な方法を提供しました。単に振り子で分針と時針を動かせば、正確な時計を作ることができます。
しかし、この振り子を利用した時計を現実にするには、大きな問題を克服しなければなりませんでした。振り子が動くときには、必ずさまざまな抵抗力によって干渉を受けます。例えば、ベアリング内の摩擦力や気流の抵抗です。これらの抵抗力によって、振り子の動き幅はどんどん小さくなり、最終的にゼロになり、完全に止まってしまいます。この問題を解決するために、賢明な職人たちは「脱力機構」を発明しました。この機構は、脱力ホイールと脱力爪で構成されています。脱力ホイールは重さとつながり、脱力爪は振り子とつながっています。重さを高く上げてから、重さが重力によってゆっくりと下がると、脱力ホイールが脱力爪に衝突します。脱力機構の素晴らしい点は、振り子がどの方向に動いても、衝突方向は常に動き方向と一致しています。振り子が一度動くたびに、抵抗力によって失われたエネルギーは、脱力ホイールの衝突によって補われ、振り子の動き幅は衰えません。早くも宋代には、この素晴らしい脱力機構が水力で駆動される「水運仪象台」で応用されていました。1656年、オランダの科学者クリスチャン・ホイヘンスが最初の脱力機構付き振り時計を発明しました。
物理学では、物体に作用する力と物体が移動した距離の積を「力による物体への作用量」と呼びます。力と物体の移動方向が一致している場合、作用量は「正作用量」です。正作用量の効果は物体のエネルギーを増加させます。もし両者の方向が逆である場合、それは「負作用量」であり、物体のエネルギーを減少させます。振り子の動き過程では、摩擦力は振り子の動き方向と逆で作用し、脱力機構の衝突は振り子の動き方向と一致して作用します。摩擦力による負作用量が脱力機構の正作用量によってちょうど補われるとき、振り子のエネルギーは変わらず、時計は止まることなく動き続けます。振り子のエネルギーが摩擦力によって失われたわけではなく、熱エネルギーに変換されています。脱力機構によって補われたエネルギーも重さによって得られます。重さが最低点に達すると、人力で上げる必要があり、時計は動き続けることができます。エネルギーの補給方法はいろいろありますが、重さを上げるのではなく、硬化した鋼製のスプリングを使用する方が一般的です。客観世界では、エネルギーは無から生み出されたり、無くなったりはしません。エネルギーは異なる形態で異なる物体間に移行するだけです。これが自然界に普遍的に存在するエネルギー保存法則です。