地动仪是张衡发明的吗????????????????? 张衡是怎么发明地动仪的?

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      地震是一种破坏力大的地质灾害。在我国的东汉时期,就有一个叫张衡的学者,发明了一款叫做“地动仪”的仪器——此仪器据说能判定地震发生的方位(因为古代没有电话与遥感卫星,所以看起来这个仪器对于及时救灾还是很实用),那么,张衡的地动仪是不是真的有效呢?

  我们可以从力学的角度上来分析这个事情。

  我们知道,张衡时代的仪器是机械仪器,那时候还没有电子设备,什么传感器,模拟电路与数字电路都是没有的,唯一有的就是青铜器。那么张衡在公元134年前做的地动仪的核心部件就是一个青铜的圆柱子——根据《后汉书》的语焉不详的记载,我们大致可以判断,该圆柱子可以存在3种不同的可能性,分别是:

a:上端自由,下端固定

b:下端自由,上端固定

c:上端与下端都是自由的,都不固定

三种不同的圆柱子摆放方式

      地震发生前,这根圆柱子会朝某一个方向倾倒,砸中那个方向上的龙吐出珠子,被底下的蛤蟆接住。

  因此,从力学原理上来看,这圆柱子在地震来临之时倾倒,这就是利用了所谓“共振”的物理原理。

  共振的意思是说:铜柱子的固有频率(任何固体都有一个固有频率,所有大桥也有固有频率,军队在大桥上齐步走的频率如果与大桥固有频率相同,就会发生共振)与地震来临前发射的次声波(一种频率小于20赫兹的声波)的频率非常非常接近,所以铜柱子从地震次声波里吸收了能量,导致共振的发生,铜柱子的振幅越来越大,马上就会倒塌。

     

因共振而崩溃的大桥

  那么,问题来了,铜柱子应该朝哪个方向倒塌?

  根据中国地震台网冯锐等人的试验,铜柱子的倒塌方向是随机的,不一定会朝地震发生的那个方向倒塌。

  因此,可以说,张衡的“地动仪”是利用“共振”原理来工作,这一点是值得肯定的(因为地震前的次声波传播速度很快,在地震的纵波与横波传过来之前,次声波早一步到达事发地点,因此这个地动仪有一定的预测地震的作用),但此“地动仪”是无法判定地震发生的方位的。

  用共振来解释生活现象, 从东汉到晋朝,已经成为当时学界的主流思想之一。晋朝学者张华就曾经在他的书《博物志》里解释了一个现象:当时有些老百姓家里的铜脸盘每天早上晚上都会莫名其妙的自己颤抖起来,发出嗡嗡的声音,张华解释说,这是因为铜脸盘的固有频率与皇宫里早晚2次敲钟的声音频率一致了,发生了共振。

  因此,张衡的地动仪,也可以被张华的理论所解释。

  由于张衡的地动仪早已失传,现在我们能看到的地动仪模型都是后人根据史籍复原的。其中现在最常见的老模型,即1951年的王振铎模型,近年已被证明从外形到原理均错误。另一种模型由中国地震局冯锐(2005年)提出,即“都柱”是悬垂摆,摆下方有一个小球,球位于“米”字形滑道交汇处(即《后汉书·张衡传》中所说的“关”),地震时,“都柱”拨动小球,小球击发控制龙口的机关,使龙口张开。另外,冯锐模型还把蛤蟆由面向樽体改为背向樽体并充当仪器的脚。该模型经模拟测试,上面提到的第2种情况的圆柱子灵敏度高,在地震发生的时候能做出很好的响应,但无法感知地震发生的方位,试验结果与历史记载(张衡地动仪预测陇西地震这件事情)部分吻合。

冯锐等人重现的张衡地动仪模型

  因此,要想预测地震的方位,还需要更先进的仪器设备,这对东汉时代的张衡来说,是一个不可能完成的任务。

 

 

作者:蝌蚪君



中国古代天文学家:张衡

张衡(78-139),字平子,南阳西鄂(今河南南阳县石桥镇)人。他是我国东汉时期伟大的天文学家,为我国天文学的发展作出了不可磨灭的贡献;在数学、地理、绘画和文学等方面,张衡也表现出了非凡的才能和广博的学识。
张衡是东汉中期浑天说的代表人物之一;他指出月球本身并不发光,月光其实是日光的反射;他还正确地解释了月食的成因,并且认识到宇宙的无限性和行星运动的快慢与距离 地球远近的关系。

张衡观测记录了两千五百颗恒星,创制了世界上第一架能比较准确地表演天象的漏水转浑天仪,第一架测试地震的仪器——候风地动仪,还制造出了指南车、自动记里鼓车、飞行数里的木鸟等等。

张衡共著有科学、哲学、和文学著作三十二篇,其中天文著作有《灵宪》和《灵宪图》等。

为了纪念张衡的功绩,人们将月球背面的一环形山命名为“张衡环形山”,将小行星1802命名为“张衡小行星”。
20世纪中国著名文学家、历史学家郭沫若对张衡的评价是:“如此全面发展之人物,在世界史中亦所罕见,万祀千龄,令人景仰。”

我国天文学发展的历史是悠久的。到汉代已有盖天、宣夜和浑天等学派。盖天说认为,天如盖,盖心是北极,天盖左旋,日月星辰右转。宣夜说认为天无定形,日月星辰“自然浮生虚空之中”,并不附着于“天体”之上。浑天说认为天如蛋壳,地如蛋黄,天地乘气而立,载水而行。宣夜说后来不幸失传了,盖天、浑天两说并行,竞相争鸣,比较科学的浑天说渐占上风。同时,观测天象的仪器也不断出现,如武帝时洛下闳制造了浑天仪,宣帝时耿寿昌又造了浑天仪,和帝时崔瑗的老师贾逵更制造了黄道铜仪。�
张衡继承和发展了前人的成果。任太史令后,他更加勤奋地“研核阴阳”,终于“妙尽璇玑之正”。元初四年(公元117年),一件成就空前的铜铸浑天仪,被张衡造了出来。
浑天仪主体是几层均可运转的圆圈,最外层周长一丈四尺六寸。各层分别刻着内、外规,南、北极、黄、赤道,二十四节气,二十八列宿,还有“中”、“外”星辰和日、月、五纬等等天象。仪上附着两个漏壶,壶底有孔,滴水推动圆圈,圆圈按着刻度慢慢转动。于是乎各种天文现象便赫然展现在人们眼前。这件仪器被安放在灵台大殿的密室之中。夜里,室内观仪人员把某时某刻出现的天象及时报告给灵台上的观天人员,结果是仪上、天上所现完全相符。
铜仪的两侧附有玉虬(龙)各一,吐水入壶,左为夜,右为昼。壶上分别立着金铜仙人和胥徒,“皆以左手抱箭,右手指刻,以别天时早晚”。更有妙者:台阶下还有内装机关与两壶相联的瑞轮、�荚,靠着滴水的推动,依照月亮出入圆缺的变化,不停地旋转开合,表示着朔、望、弦、晦等日期,有如活动日历一般,可见这件浑天仪及其附器,与近世的假天仪有许多相似之处。在此仪诞生的前一年,�张衡�先用竹篾制成一个模型,名曰“小浑”,进行了一系列的试验和校正,然后才铸作大仪。浑天仪是�张衡�血汗的结晶。他接着写了《浑天仪图注》和《漏水转浑天仪注》两本说明书,又撰成《灵宪》一部,绘制《灵宪图》一份。在这些著作中,�张衡�比较系统地阐述了自己的天文学理论,反映了他的朴素唯物主义的自然观。他认为宇宙是无限的,天体的运行是有规律的;月光是日光的反射,月蚀起因于地遮日光,月绕地行且有升降。他认识到太阳运行(应是地球公转)的某些规律,正确解释了冬季夜长、夏季夜短和春分、秋分昼夜等时的起因。他指出在中原可以见到的星有2500个,与今人所知略近。他经过对某些天体运转情况的观测,得出一周天为三百六十五度又四分度之一的结论,与近世所测地球绕日一周历时365天5小时48分46秒的数值相差无几。
由于研究天文、律历和制作仪器,�张衡�对数学的研究相应地加强了。在制成浑天仪后,他写成了《算罔论》,要“网络天地而算之”。他用“渐进分数”之法,算出圆周率为十的平方根,为3.16强。这比《周髀》所记载的π=3的数值大大进了一步。直到五-七个世纪以后,印度和阿拉伯的数学家才得出这个数值。�
建光元年(公元121年),张衡转任公车司马令,总领天下征诏之事。他没有被繁杂的公务所淹没,举足走进物理学和机械制造学的领域之中,并且取得了许多惊人的成就。他成了当时首屈一指的机械制造专家,被人呼为“木圣”,所造器物之精妙,无与伦比。他运用差动齿轮原理,造出了指南车和记里鼓车。他还精心制造出一只木鸟,“假以羽翮,腹中施机,能飞数里”,这简直是当时世上绝无仅有的一架木制“飞机”!可惜其实物和详细造法,也像他的许多杰作一样,后来大多失传了。�
张衡还制造出一种测影仪器——土圭,用来研究天文、地理。他绘制成一幅《地形图》,一直流传到唐朝。他善画山水、动物,与赵歧、刘褒、蔡邕(文姬之父)同为东汉四大画家。他对音乐舞蹈等艺术也有精深研究。如在《观舞赋》里,他曾这样巧妙地形容舞蹈演员的舞技:“连翩络绎,乍续乍绝,裾似飞鸾,袖如回雪”。

地动仪是汉代科学家张衡的又一传世杰作。在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,共发生了二十六次大的地震。地震区有时大到几十个郡,引起地裂山崩、江河泛滥、房屋倒塌,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)发明了候风地动仪这也是世界上第一架地动仪。

是滴.

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