Измерение времени является необходимостью в жизни. Время длится долго или коротко, но полагаться только на ощущения не очень точно. Объективно для измерения времени нужен "футляр". Например, скорость вращения Земли очень мала, и если не требовать точности, её можно считать постоянной. Время, за которое Земля совершает один полный оборот, является единицей измерения времени. Для более точного измерения времени необходимо найти более короткое постоянное движение в качестве стандарта измерения. Еще в 16 веке во время итальянского Возрождения ученый Галилео случайно заметил, что даже маятник, качающийся в церкви, делает все меньше и меньше колебаний, но время каждого колебания всегда остается постоянным. Это открытие было очень важным, поскольку оно предоставило простой способ измерения времени. Если удалось заставить маятник приводить в движение часовую и минутную стрелки, можно было создать точные механические часы.
Однако для того, чтобы такие механические часы с использованием маятника стали реальностью, необходимо было преодолеть огромную трудность. Маятник неизбежно подвергался различным видам трения во время движения, таким как трение в подшипниках и сопротивление воздуха. Из-за этих сил амплитуда колебаний маятника постепенно уменьшалась, и в конце концов она уменьшалась до нуля, и маятник полностью останавливался. Чтобы решить эту проблему, умные мастера изобрели "кулачковый механизм". Этот механизм состоял из кулачка и рычага. Кулачок был связан с тяжелым грузом, а рычаг — с маятником. После того, как тяжелый груз поднимали на высоту и отпускали, он медленно опускался под действием силы тяжести, одновременно воздействуя на кулачок, который ударял по рычагу. Хитрость кулачкового механизма заключалась в том, что независимо от того, в какую сторону двигался маятник, направление удара всегда совпадало с направлением движения. Каждый раз, когда маятник совершал колебание, энергия, потерянная из-за трения, восполнялась ударом кулачка, и амплитуда колебаний маятника не уменьшалась. Еще в эпоху Сун этот хитроумный кулачковый механизм уже использовался в водяных часах "Шуй Юнь И Сяо Тай". В 1656 году голландский ученый Гюйгенс разработал первые часы с кулачковым механизмом.
Физика называет "работу, выполненную силой на объект, умноженную на расстояние, пройденное объектом", "работой, выполненной силой на объект". Если направление движения объекта совпадает с направлением силы, выполненная работа называется "положительной работой". Эффект положительной работы — увеличение энергии объекта. Если направление движения противоположно направлению силы, выполненная работа называется "отрицательной работой", и её эффект — уменьшение энергии объекта. Во время движения маятника трение действует в противоположном направлении движения маятника, а удар кулачка действует в направлении движения маятника. Когда отрицательная работа трения полностью компенсируется положительной работой кулачка, энергия маятника остается неизменной, и часы могут продолжать работать без остановки. Потерянная энергия маятника не исчезает бесследно, а превращается в другую форму энергии в виде тепла. Энергия, добавленная кулачковым механизмом, также не появляется из ниоткуда, а поступает от опускания тяжелого груза. Когда тяжелый груз опускается до самой низкой точки, его необходимо поднять вручную, чтобы часы могли продолжать работать. Существует множество способов добавления энергии, но использование натянутой стальной пружины вместо поднятия тяжелого груза является более распространенным методом. В объективном мире энергия не может быть создана или уничтожена, она может только переходить из одной формы в другую между различными объектами. Это и есть закон сохранения энергии, который повсеместно существует в природе.