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張衡地動儀的原理考古分享

日期：2025-04-29 00:04
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摘要：
  
      據(jù)學(xué)者們考證，張衡在當(dāng)時(shí)已經(jīng)利用了力學(xué)上的慣性原理，“都柱”實(shí)際上起到的正是慣性擺的作用。同時(shí)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(dāng)時(shí)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(fā)明足足晚了一千七百多年。關(guān)于張衡地動儀的結(jié)構(gòu)，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(jī)關(guān)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(guān)”），地震時(shí)，“都柱”撥動小球，小球擊發(fā)控制龍口的機(jī)關(guān)，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(dāng)儀器的腳。該模型經(jīng)模擬測試，結(jié)果與歷史記載吻合。那么，地動儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)究竟什么樣子呢？有不少學(xué)者對此作過探討。早在南北朝時(shí)，北齊信都芳撰《器準(zhǔn)》，隋初臨孝恭作《地動銅儀經(jīng)》，都對之有所記述，并傳有它的圖式和制作方法?？上У氖翘拼院螅?。今人的研究則以王振鐸之說影響*大。王振鐸根據(jù)前人的猜測，討論了地動儀內(nèi)部可能有的各種結(jié)構(gòu)，*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(shè)。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(jī)。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(bào)警作用。地動儀用精銅制成，圓經(jīng)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(xì)。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(dǎo)銅柱運(yùn)動的方向。在地動儀受到地震波沖擊時(shí)，銅柱就倒向發(fā)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(fā)出響聲，以提示人們注意發(fā)生了地震及地震的時(shí)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(diǎn)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(jù)這些簡單的原理設(shè)計(jì)的。地動可以傳到很遠(yuǎn)的地方，只不過太遠(yuǎn)了人就感覺不到了，但地動儀能準(zhǔn)確地測到。但是**科學(xué)家認(rèn)定地動儀的工作原理應(yīng)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(yàn)震的，而非當(dāng)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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