測量時間是生活所需。單靠感官去判斷時間長短是不準確的。客觀上，我們需要一把「尺子」來測量時間。例如，地球自轉速度变化很小，在精度要求不高時，可以認為是恒定不變的。以地球自轉一周的时间作为測量單位，就是一個昼夜。如果要更細致地測量時間，就需要寻找更短的恒定運動作為測量標準。早在 16 世紀文藝復興時代，意大利科學巨匠伽利略偶然發現，即使教堂里來回摆動的吊燈摆動幅度不斷減小，但每次摆动的时间却始终恒定不变。这个發現很重要，它提供了一種測量時間的簡單方法。只要想办法用單摆驱动分针和時针转动，就能製作出準確報時的机械钟。
但是，要使這種利用摆锤的机械钟成为现实，还必须克服一個巨大的困难。摆锤在摆动时总不可避免地受到各种阻力的干扰，比如轴承里的摩擦力和气流的阻力。由于这些阻力的存在，摆锤的摆动幅度会越來越小，最后幅度减小到零就完全停摆了。為了解决這個問題，聪明的工匠發明了 “擒纵機構”。這個機構由一個擒縱轮和一個擒縱叉組成。擒縱轮和重锤連結，擒縱叉和摆锤連結。将重锤提升到高处後放手，重锤就在重力作用下缓缓下落，同时驱动擒縱轮对擒縱叉產生撞击。擒縱機構的巧妙之處在于，无论摆锤朝哪个方向运动，撞击方向总是和运动方向一致。摆锤每摆动一次，因阻力干扰而损失的能量，都能从擒縱轮的撞击中得到補充，摆锤的摆动幅度也不会衰减了。早在宋代，这种巧妙的擒縱機構就已在水力驱动的“水運仪象台”中得到應用。1656 年，荷蘭科學家惠更斯設計出了第一座裝有擒縱機構的摆钟。
物理學將作用在物體上的力和所引起物體移动距离的乘積稱為 “力對物體所做的功”。如果物體的移动方向和力的方向一致，所做的功就是 “正功”。正功的作用效果是增加物体的能量。如果两者方向相反就是做 “负功”，它的作用效果是减少物体的能量。在摆锤的运动过程中，摩擦力和摆锤的运动方向相反，而擒纵機構的撞击和摆锤的运动方向一致。当摩擦力的负功正好被擒縱機構的正功補充時，摆锤的能量就保持不變，摆钟就能不斷地続き摆动。被摩擦力损耗掉的摆锤能量並不是凭空消失，而是以熱量形式转換成另一种能量。擒縱機構補充的能量也不是凭空產生，而是來自重锤的下落。当重锤下落到最低点，就要用人力将它拉上去，摆钟才能继续运转。补充能量的方法有很多，使用拧紧的钢発条代替提升重锤是更常用的方法。在客觀世界中，能量不能凭空創造或凭空消失，只能以不同形式在不同物體之間轉換。这就是自然界中普遍存在的能量守恒定律。