东汉张衡设计的“地动仪”如何运作?
东汉张衡设计的“地动仪”如何运作?
公元132年,时任东汉太史令的张衡针对当时地震频繁的状况,制成了世界上第一台观 测地震方位的仪器:候风地动仪。 据史书记载,张衡研制的候风地动仪整个用精铜制成,圆径8尺,有凸起的圆盖,形状 像个大酒樽,外表刻有篆文及山龟鸟兽等图形。地动仪的外面镶铸着8条龙,龙头分别朝着 东、南、西、北、东北、东南、西南、西北等8个方向。
每条龙嘴里都含有一个小铜球,每 个龙头下各有一只张着嘴的蛤蟆。地动仪的构造原理很难明悉,但是,人们可以明确地知道 地动仪的内部,有一根上粗下细的铜质“都柱”立在中央,都柱周围伸出8根杠杆与龙头连 接。哪个地方发生地震,哪个方向龙嘴里的铜球就会掉落到下面的蛤蟆嘴里,并且发出清脆 的响声。
守候在地动仪旁的人,就可以把地震发生的方向准确地记载下来。 这么精确的地动仪是如何运作的呢?1951年,中国历史博物馆的王振铎先生根据史书的 记载,复原了张衡的候风地动仪,说出了它的工作原理是“倒立摆”。所谓“倒立摆”就是有 一个尖脚棒槌直立在那里,一有地震它就倒了。
模型中使这个棒槌站立在大尊中央,周围对 称地设有8套杠杆机构,棒槌倒向哪方,就砸开那边的机关,龙嘴里的球受这个机关控制的, 它也就随着掉下来。王振铎先生的这台复原模型成了中国古代科技文化的象征物,具有很重 要的意义。但最近几年,有人对王振铎先生的复原模型提出了质疑,他就是李超雄。
他认为 史书记载中的地动仪“中有都柱”不能简单地理解成“倒立摆”,整个地动仪高度超过了2米, 最大直径1。8米,是个高大的铜尊。这么大的铜尊本身重量就有2吨,这与那条轻盈的棒槌 怎么也没法搭配。特别是倒立摆不可能有足够的灵敏度。李先生经过另一番描述认为从物理 推算可以证明,那么设计的候风地动仪与王振铎先生的倒立摆相比,其灵敏度要相差上百倍。
他正在寻求合作,把自己的设计方案变成实物模型。 在国外,直到13世纪,波斯马拉哈天文台才有类似的仪器出现,到18世纪才有利用水银 溢流来记录地震的仪器出现。因此,张衡地动仪到底如何运作呢,这个谜至今还未完全解开。
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