在許多維多利亞時代的繪圖儀器中，都可以找到能夠畫出如圖1～圖3中圖案的儀器，這種儀器稱為“諧波記錄器”，能利用鐘擺擺動的原理繪出特殊圖案。一般的諧波記錄器通常都是用金屬制作的，不過也有例外。我們可以親手制作自己的諧波記錄器，雖然尺寸較大，但效果還是不錯的，而且制作也相當容易，下面就舉出兩種方法。筆者曾在半小時內(nèi)，利用園藝器材，做出第一種諧波記錄器。
石板諧波記錄器
第一種諧波記錄器所用的擺錘，是一塊鋪地用的石板，就是一般庭院人行道所用的那種石板。用繩子把它懸掛在支架的兩個鉤子上，如圖4所示，并使它在很靠近地面的空中擺動。在橫梁或門楣上加上兩個鉤子也可以，或是找一棵合適的樹。因為石板是平的，所以可作為諧波記錄器的畫板，在上面再加一塊木板可以使表面更平滑。這塊石塊可以自由進行圓錐形的擺動，就像用一根線吊著東西繞圓圈一樣，而不像鐘擺只是前后擺動。就是這種運動方式，產(chǎn)生出了特殊的圖案。
剩下的工作，就是要固定一支圓珠筆，使它與畫板保持接觸，而且還要有足夠的壓力，這樣在石板的擺動逐漸趨緩時，仍然可以持續(xù)作圖。取一塊長約1m的木條，在中心點下方墊另一塊長約30cm的木條，使兩者彼此垂直，并以螺釘固定成十字架形，如圖5所示。然后在十字架的兩端各鎖上一根螺釘，并穿過木條突出約1cm，作為十字架的支點。再將這個做好的懸臂放在一塊位置適當?shù)哪景迳希顾芟衤N翹板一樣兩端上下移動，而且一端正好在石板的中心上方。在石板上方那一端木板上鉆一個孔，孔的大小要正好能夾住一支圓珠筆。圓珠筆在紙上所施加的壓力，則可由懸臂另一端作為平衡物的石塊的位置來調(diào)整。注意，這個十字架必須使懸臂無法橫向移動。
操作這個諧波記錄器時，先將畫紙平鋪在石板上，并使畫紙的中心正好位于筆的下方，再用小石頭壓住紙的邊緣，使之固定。先把懸臂翹起，不讓筆接觸畫紙，再開始擺動石板，然后才把懸臂放下，使筆與畫紙接觸，剩下來的就是石板諧波記錄器的事了。當你覺得描繪出的圖案已經(jīng)算是完成時，就將懸臂翹起，使筆離開紙面。
可以把許多不同花樣、不同顏色的圖案重疊在一起，這樣就可以產(chǎn)生無數(shù)的圖案。不過，由這種簡單的諧波記錄器繪出的圖案，都是各種不同形式的橢圓形螺線。
圓桿諧波記錄器
這種諧波記錄器主要是由兩根作為擺錘的圓桿構成。作者過去曾指導一批12歲的兒童制作這種諧波記錄器，他們都能操作得很好。
這兩個擺錘擺動的方向成直角，右邊的擺錘前后搖擺，帶動固定畫紙的畫板；左邊的擺錘則左右搖擺，帶動的是圓珠筆(圖6)。這與石板諧波記錄器畫筆固定的方式不同。改變擺錘上重物的高度，就可以改變彼此相對的擺動時間，而產(chǎn)生出更復雜的圖案。
在制作這種諧波記錄器時，除了擺錘之外，其他各個可動的部分都要盡量做得輕巧而堅固，還要使支點處的阻力盡量減小，這樣擺錘才能作更長時間的擺動。筆者發(fā)現(xiàn)，將兩個螺帽和一枚尖端磨成扁錐形的螺釘放在一枚普通的木螺釘?shù)捻敳浚坏塬@得很理想的支點，而且還可以調(diào)整高度(圖7)。
每個擺錘在支點之上應該有約25cm的長度，在支點之下則留出約75cm，不過還是應該靠實驗找出最佳的長度。擺錘的重量應在合理范圍之內(nèi)，愈重愈好。中心有孔的金屬塊是很好的重錘，也可以用灌滿水泥的鐵罐。在重錘和圓桿上都穿孔，便可以用釘子把重錘固定在適當?shù)母叨取?/font>
解答與分析
看諧波記錄器畫圖是令人難忘的經(jīng)歷。在操作諧波記錄器的過程中，你也會觀察到存在于許多現(xiàn)象中的減幅線性振動。此外，你能明白兩組互相垂直的獨立振動是如何產(chǎn)生出各種復雜的曲線的。
制作第一個石板諧波記錄器幾乎是不會失敗的(除非你讓石板砸到腳趾)。也可以把兩塊石板彼此靠近，其中一塊鋪上畫紙，另一塊則作為夾畫筆懸臂的支架。
