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    張衡地動儀的原理考古

    日期:2021-07-31 21:02
    瀏覽次數:56
    摘要:
     
          據學者們考證,張衡在當時已經利用了力學上的慣性原理,“都柱”實際上起到的正是慣性擺的作用。同時張衡對地震波的傳播和方向性也一定有所了解,這些成就在當時來說是十分了不起的,而歐洲直到1880年,才制成與此類似的儀器,比起張衡的發明足足晚了一千七百多年。關于張衡地動儀的結構,流行的有兩個版本:王振鐸模型(1951年),即“都柱”是一個類似倒置酒瓶狀的圓柱體,控制龍口的機關在“都柱”周圍。這一種模型*近已被基本否定。另一種模型由地震局馮銳(2005年)提出,即“都柱”是懸垂擺,擺下方有一個小球,球位于“米”字形滑道交匯處(即《后漢書·張衡傳》中所說的“關”),地震時,“都柱”撥動小球,小球擊發控制龍口的機關,使龍口張開。另外,馮銳模型還把**由面向樽體改為背向樽體并充當儀器的腳。該模型經模擬測試,結果與歷史記載吻合。那么,地動儀的內部結構究竟什么樣子呢?有不少學者對此作過探討。早在南北朝時,北齊信都芳撰《器準》,隋初臨孝恭作《地動銅儀經》,都對之有所記述,并傳有它的圖式和制作方法??上У氖翘拼院?,二書均失傳。今人的研究則以王振鐸之說影響*大。王振鐸根據前人的猜測,討論了地動儀內部可能有的各種結構,*后推斷都柱的工作原理與近代地震儀中倒立式震擺相仿。具體說來,都柱就是倒立于儀體中央的一根銅柱,八道圍繞都柱架設。都柱豎直站立,重心高,一有地動,就失去平衡,倒入八道中的一道。八道中裝有杠桿,叫做牙機。杠桿穿過儀體,連接龍頭上頜。都柱傾入道中以后,推動杠桿,使龍頭上頜抬起,將銅丸吐出,起到報警作用。地動儀用精銅制成,圓經八尺,合蓋隆起,形似酒樽。表面作金黃色,上部鑄有八條金龍,分別伏在東、西、南、北及東北、東南、西北、西南八個方向。龍倒伏,龍首向下,龍嘴各銜一顆小銅球,與地上仰蹲張嘴的蟾蜍相對。地動儀空腔中央,立一根銅柱,上粗下細。銅柱周圍有八根橫桿,稱為“八道”,各與一龍頭相連。銅柱是震擺裝置,八道用來控制和傳導銅柱運動的方向。在地動儀受到地震波沖擊時,銅柱就倒向發生地震的方向,推動同一方向的橫桿和龍頭,張衡地動儀使龍嘴張開,銅球下落到蟾蜍嘴中,并發出響聲,以提示人們注意發生了地震及地震的時間和方向。一顆珠子放在平臺上,如果將哪方稍微往下一按,珠于就向哪方滾動。又如我們點亮一支蠟燭,將它放在一張不平的桌子上,它總會向低的一方倒。地動儀就是根據這些簡單的原理設計的。地動可以傳到很遠的地方,只不過太遠了人就感覺不到了,但地動儀能準確地測到。但是中國科學家認定地動儀的工作原理應該是“懸垂擺原理”,即地動儀是利用了一根懸掛柱體的慣性來驗震的,而非當今歷史教科書所說的在儀器底部簡單地豎立一根直立桿。


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