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候风地动仪是谁发明的

时间:2016-07-13 10:19:42本文内容及图片来源于读者投稿,如有侵权请联系xuexila888@qq.com 玉玲 我要投稿

  你知道地动仪是中国东汉科学家张衡创造的一传世杰作吗?不知道就一起来看看小编给大家精心准备的资料,欢迎阅读!

  张衡发明制造候风地动仪

  东东汉时期,地震比较频繁,从公元96-125年的30年中,就曾发生了23次比较强烈的地震,震区有时大到几十个郡。

  132年,科学家、文学家张衡发明制造了世界上第一台测定地震方位的仪器--候风地动仪。张衡将候风地动仪安置在都城洛阳。起初,满朝文武都不相信这台地动仪能够测出地震的方向。

  138年3月1日(汉永和三年二月初三日)突然地动仪朝向西北方向的钢球落了下来,掉进仪器下面的蟾蜍口里。可是,洛阳居民谁也没有感觉到地震。几天后,陇西驿者日夜奔驰来京师,报告陇西地震,二郡山崩(震级约为6.5级)。陇西正好在洛阳的西北方向。

  候风地动仪是世界上第一架测验地震的仪器。由中国东汉时期的汉族科学家发明于汉顺帝阳嘉元年(132),《后汉书·张衡传》详细记载了张衡的这一发明。候风地动仪用精铜制作而成,员径八尺,汉八尺约合当今之一米八-九的样子,其外形像一个酒樽。地动仪里面有精巧的结构,主要为中间的都柱和它周围的八套牙机装置。

  候风装置候风摆的周围与8组牙机机械装置之一部关相互靠近。此处为底座上的沟槽,叫八道。工作原理是侯风摆运动到关的位置触发牙机。就是记载的"施关发机"施读音易四声。再机发吐丸。在樽的外面相应地设置8个龙首,口含小铜丸,每个龙头下面都有一只蟾蜍张口向上。如果有地震被检测,都柱之内侯风摆则轻微摆动,此即可触发牙机。使相应的龙口张开,小铜珠即落入蟾蜍口中,由此便可知道地震发生的时间和方向。牙机的触发需求小到可以在地震波第一时间运作,称为合契若神。

  牙机是由一对杠杆构成。水平杠杆负责龙口开合,直立的负责牙机触发。由于牙机立杆和侯风摆的位置关系,由关连接。关就是牙机立杆的一部分。关注道内水平状,几乎挨到侯风摆之上,距离之近不到一毫米。这是候风地动仪得以成功的关键。

  另一说法:

  公元138年3月1日,我国汉代杰出的天文学家张衡发明的候风地动仪,第一次成功测出远距离发生的地震:在洛阳西北千里之外的陇西(甘肃洮南)发生6级地震。

  张衡所处的东汉时代,地震比较频繁。据《后汉书·五行志》记载,自和帝永元四年(公元92年)到安帝延光四年(公元125年)的三十多年间,共发生了26次大的地震。地震区有时大到几十个郡,引起地裂山崩、房屋倒塌、江河泛滥,造成了巨大的损失。张衡对地震有不少亲身体验。为了掌握全国地震动态,他经过长年研究,终于在阳嘉元年(公元132年)发明了候风地动仪──世界上第一架地震仪。

  它有八个方位,每个方位上均有口含龙珠的龙头,在每条龙头的下方都有一只蟾蜍与其对应。任何一方如有地震发生,该方向龙口所含铜珠即落入蟾蜍口中,由此便可测出发生地震的方向。

  《后汉书·张衡传》详细记载了张衡的这一发明。候风地动仪用精铜制作而成,圆径八尺(汉八尺约合当今的1。8~1。9米),其外形像一个酒樽。地动仪里面有精巧的结构,主要为中间的都柱和它周围的8套牙机装置。工作原理是候风摆运动到关的位置触发牙机,就是记载的“施关发机”。在樽的外面相应地设置8个龙首,口含小铜丸,每个龙头下面都有一只蟾蜍张口向上。如果有地震被检测,都柱之内候风摆则轻微摆动,此即可触发牙机。使相应的龙口张开,小铜珠即落入蟾蜍口中,由此便可知道地震发生的时间和方向。牙机的触发需求小到可以在地震波第一时间运作,称为“合契若神”。

  候风地动仪的牙机由一对杠杆构成。水平杠杆负责龙口开合,直立的负责牙机触发。由于牙机立杆和候风摆的位置关系,由关连接。关就是牙机立杆的一部分。关几乎挨到候风摆之上,距离之近不到一毫米。这是候风地动仪得以成功的关键。

  候风地动仪在科学上的重要地位并不在于测到了一个或几个东汉时期的地震,而是标志着人类摸索出了一条能在运动系统当中测量系统自身运动的途径,即通过悬挂物的惯性来揭示运动系统间的差异。这不仅仅是技术上的突破,更是科学思想的跃变,使人们对自然规律有了新的认识,直到17世纪被牛顿提升为力学三大定律之首——惯性定律而被广为应用。

  拓展:对张衡地动仪的重新复原

  1700多年前,地动仪神秘消失,它的模样和工作原理成为千古谜团。

  2004年8月,河南博物院与中国地震台网中心组成课题组,联合研究张衡地动仪新的复原模型。

  目前,这项课题取得重大进展,课题组用“悬垂摆原理”取代了传统的“直立杆原理”。

  2005年4月16日,这一科研成果得到了来自中国科学院、国家博物馆、中国地震局等单位的地震学和考古学专家的肯定。专家们认为:这台复原地动仪首次把概念模型还原成了科学仪器,使之真正有了验震功能。

  验收

  地动仪复原模型把概念模型复原成了科学仪器

  4月16日上午,河南博物院《天地经纬》专题陈列厅,由地震学、考古学、机械工程学等相关学科的专家组成的验收委员会,开始对用挑剔的眼光注视着地动仪复原模型(1/3小样)。

  当日下午,验收组的7位专家经过激烈讨论,最终认为:新模型首次把概念模型复原成了具有验震功能的科学仪器,迈出了复原研究的历史性一步。这个验收意见意味着,新复原的地动仪通过了阶段性成果验收,后续工作只需对某些技术细节做进一步优化,对外观做出最终确定。

  河南博物院副院长田凯对此感触颇深:“我们不仅在复原一件仪器,也在找寻1000多年前那位伟大科学家‘求实疾虚’的科学精神……”

  心愿

  一定要让地动仪模型“动”起来

  1998年,河南博物院新馆建设过程中,田凯负责主持《河南古代文化之光》陈列。布置汉代展厅需要展示张衡的地动仪,当时最权威的模型陈列在原中国历史博物馆里,它是王振铎先生于1951年设计的,这台卵状体上含有8条飞龙的模型,已成为地动仪的“标准形象”。

  河南博物院请苏州天文仪器研究所按王振铎的模型重新复制了一个木制模型,并提出“能否让地动仪动起来”,得到的回答是:不可能,即使是中国历史博物馆里陈列的那台也不能检测地震。但对方可以在模型下面人为地安上一个装置,让它动起来。

  “我们展出的是科学仪器不是玩具,这样做是对观众的欺骗。所以当时只能造一个不能动的模型,但这个情结在我心里一直存留了好多年。”田凯说。

  6年后,了解到国家地震局和国家博物馆的研究人员正在做复原工作。2004年8月,河南博物院与中国地震台网中心签订了合作协议,组成了课题小组,共同复原张衡地动仪。

  解谜

  找到“垂悬摆原理”

  该课题的负责人是中国地震台网中心冯锐研究员。冯先生表示,1700多年前的地动仪究竟如何工作是首先须破译的谜团,深入研究证实,地动仪应该是“悬垂摆原理”而不是王振铎模型的“直立杆原理”。

  几十年来,国内外地震学界对王振铎模型的否定意见一直没有停。更有近现代西方学者认为张衡地动仪之所以失传,是因为它没有达到科学的要求,它不是个科学的东西。冯锐说:“看到这些严厉的批评以后,我们才感到问题的严重性。”

  历时1年多,课题组最终确认了地动仪的工作原理应该是“悬垂摆原理”,而不是“直立杆原理”。

  评价

  这是一次重大跨越

  地动仪的历史资料,最著名的是《后汉书·张衡传》中的记载,只有196个字。早期的复原工作都是据此开展的。冯锐的课题组把资料的考证和利用扩大到《续汉书》、《后汉纪》等古代文献,但相关文献的总字数也不过231个。这些资料,使他们复原的史料根据更加充分。

  在研制过程中,冯锐还采用了一些新技术、新方法,即利用洛阳地震台接收到的现代陇西地震记录,算出模拟的陇西历史地震的波动效应,然后把数据输入计算机,再控制特殊的振动台完成洛阳地面震动过程的复现,用这种运动信号对振动台上的复原模型进行检验和改进。

  验收组的专家们认为:新模型对4次实际地震事件已经实现了良好的验震反应,迈出了从概念模型到科学仪器的关键性一步,研究工作突破了古代科学仪器复原的传统模式,是一次重大的跨越。

  验收会结束后,中科院地质与地球物理所的滕吉文院士说:“地动仪是中华文明留给人类的宝贵文化遗产,各国科学家都在尝试复原,如果我们不把这件事做好,那就是罪过。从原理上和制作过程上讲,这台复原模型符合史料记载,符合张衡的基本思想……这台地动仪复原模型代表了现代人的认识,它在现阶段是最好的。”

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