介紹張衡發明的地動儀是什麼原理

　　地動儀是漢代科學家張衡製作的測量地震的儀器，以下是小編為大家整理的張衡發明的地動儀是什麼原理，希望能幫到你。

　　張衡發明的地動儀是什麼原理

　　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瞭解，這些成就在當時來說是十分了不起的，而歐洲直到1880年，才製成與此類似的儀器，比起張衡的發明足足晚了一千七百多年。

　　關於地動儀的結構，目前流行的有兩個版本：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。這一種模型最近已被基本否定。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，球位於“米”字形滑道交匯處***即《後漢書·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，馮銳模型還把蛤蟆由面向樽體改為背向樽體並充當儀器的腳。該模型經模擬測試，結果與歷史記載吻合。

　　國寶檔案地動儀上國寶檔案地動儀上那麼，地動儀的內部結構究竟什麼樣子呢?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，並傳有它的圖式和製作方法。可惜的是唐代以後，二書均失傳。今人的研究則以王振鐸之說影響最大。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，最後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，都柱就是倒立於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。八道中裝有槓桿，叫做牙機。槓桿穿過儀體，連線龍頭上頜。都柱傾入道中以後，推動槓桿，使龍頭上頜抬起，將銅丸吐出，起到報警作用。

　　國寶檔案：地動儀***下***國寶檔案：地動儀***下***地動儀用青銅製成，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。銅柱周圍有八根橫杆，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衝擊時，銅柱就倒向發生地震的方向，推動同一方向的橫杆和龍頭，使龍嘴張開，銅球下落到蟾蜍嘴中，併發出響聲，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，珠於就向哪方滾動。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杆。

　　張衡發明的地動儀結構模型

　　王振鐸的推斷得到了廣泛贊同。中國歷史博物館陳列的張衡地震儀模型，就是根據王振鐸的設計復原的。但是，也有學者提出不同意見。中國科學技術大學李志超就曾對倒立擺結構提出過異議，他以全新的視角，提出了自己對候風地動儀的理解***參見李志超，《天人古義》，河南教育出版社，1995年版***。

　　李志超認為，從文獻角度來看，漢代字書《釋名》解釋“柱”，說“柱，住也”，表明柱字原義是建築中不動的支撐件。由此，倒立擺結構不得稱“柱”，只合稱錐。“都”是集總之義，說明不是孤柱，應該還附帶八套機關，而立錐卻只能是光桿。這樣，僅由“都柱”這一名稱來看，倒立擺之說也不能成立。

　　李志超進一步指出，倒立錐的設計使原文所述其他一切部件皆成畫蛇添足。尤其是龐大的銅尊，毫無道理可言。再者，從物理評價角度來看，任何測量儀器的效能一般都可用兩個互相矛盾的指標表徵：靈敏度和穩定度。倒立錐的設計正好突出了精密計量技術這一主要矛盾。例如，為提高地動儀的靈敏度，就要把倒立錐的錐底做得很小，使之形成一個錐尖，但很小的錐尖承受巨大的重力壓強，在不可避免的微小震動作用中必將逐漸形成不可逆的變形，其趨向是錐尖下面的支承面形成坑窩，錐尖變得圓滑。這一過程不可逆，而且是加速的。這樣，倒立錐最終要倒下來，不管有無地震。如果為提高穩定度，將錐尖做成寬到實際不變形，那它的靈敏度必然很低，感知量比人所能察覺的還要大，地動儀也就失去了它的存在價值。

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