二年级下语文补充素材19地动仪西师大版最新学习文档.docx
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二年级下语文补充素材-19地动仪西师大版2019
教师范读的是阅读教学中不可缺少的部分,我常采用范读,让幼儿学习、模仿。
如领读,我读一句,让幼儿读一句,边读边记;第二通读,我大声读,我大声读,幼儿小声读,边学边仿;第三赏读,我借用录好配朗读磁带,一边放录音,一边幼儿反复倾听,在反复倾听中体验、品味。
地动仪是中国古代汉族科学家创造的一传世杰作,由东汉时期的张衡发明,张衡所处的东汉时代,地震比较频繁。
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,这也是世界上的第一架地动仪。
观察内容的选择,我本着先静后动,由近及远的原则,有目的、有计划的先安排与幼儿生活接近的,能理解的观察内容。
随机观察也是不可少的,是相当有趣的,如蜻蜓、蚯蚓、毛毛虫等,孩子一边观察,一边提问,兴趣很浓。
我提供的观察对象,注意形象逼真,色彩鲜明,大小适中,引导幼儿多角度多层面地进行观察,保证每个幼儿看得到,看得清。
看得清才能说得正确。
在观察过程中指导。
我注意帮助幼儿学习正确的观察方法,即按顺序观察和抓住事物的不同特征重点观察,观察与说话相结合,在观察中积累词汇,理解词汇,如一次我抓住时机,引导幼儿观察雷雨,雷雨前天空急剧变化,乌云密布,我问幼儿乌云是什么样子的,有的孩子说:
乌云像大海的波浪。
有的孩子说“乌云跑得飞快。
”我加以肯定说“这是乌云滚滚。
”当幼儿看到闪电时,我告诉他“这叫电光闪闪。
”接着幼儿听到雷声惊叫起来,我抓住时机说:
“这就是雷声隆隆。
”一会儿下起了大雨,我问:
“雨下得怎样?
”幼儿说大极了,我就舀一盆水往下一倒,作比较观察,让幼儿掌握“倾盆大雨”这个词。
雨后,我又带幼儿观察晴朗的天空,朗诵自编的一首儿歌:
“蓝天高,白云飘,鸟儿飞,树儿摇,太阳公公咪咪笑。
”这样抓住特征见景生情,幼儿不仅印象深刻,对雷雨前后气象变化的词语学得快,记得牢,而且会应用。
我还在观察的基础上,引导幼儿联想,让他们与以往学的词语、生活经验联系起来,在发展想象力中发展语言。
如啄木鸟的嘴是长长的,尖尖的,硬硬的,像医生用的手术刀―样,给大树开刀治病。
通过联想,幼儿能够生动形象地描述观察对象。
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、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)发明了候风牌地动仪──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。
当时利用这架仪器成功地测报了西部地区发生的一次地震,引起全国的重视。
这比起西方国家用仪器记录地震的历史早一千多年。
据《后汉书·张衡传》记载,候风地动仪“以精铜铸成,圆径八尺”,“形似酒樽”,上有隆起的圆盖,仪器的外表刻有篆文以及山、龟、鸟、兽等图形。
仪器的内部中央有一根铜质“都柱”,由柱向旁有八条通道,称为“八道,还有触发机关的装置。
樽体外部周围有八个龙头,按东南、南东、南西、西南、西北、北西、北东、东北八个方位布列。
对着龙头,八个蟾蜍蹲在地上,个个昂头张嘴,准备承接铜球。
当某个地方发生地震时,樽体随之振动,触动机关,使发生地震方向的龙头张开嘴,吐出铜球,落到铜蟾蜍的嘴里,发生很大的声响。
所以人们就可以知道地震发生的方向。
张衡设计的仪器上雕刻的山龟鸟兽等可能象征着山峦和青龙、白虎、朱雀、玄武等二十八宿,所刻篆文可能表示八方之气;八龙在上象征阳;蟾蜍居下象征阴,构成阴阳上下的动静的辩证关系;都柱象征天柱,居于顶天立地的地位。
观察内容的选择,我本着先静后动,由近及远的原则,有目的、有计划的先安排与幼儿生活接近的,能理解的观察内容。
随机观察也是不可少的,是相当有趣的,如蜻蜓、蚯蚓、毛毛虫等,孩子一边观察,一边提问,兴趣很浓。
我提供的观察对象,注意形象逼真,色彩鲜明,大小适中,引导幼儿多角度多层面地进行观察,保证每个幼儿看得到,看得清。
看得清才能说得正确。
在观察过程中指导。
我注意帮助幼儿学习正确的观察方法,即按顺序观察和抓住事物的不同特征重点观察,观察与说话相结合,在观察中积累词汇,理解词汇,如一次我抓住时机,引导幼儿观察雷雨,雷雨前天空急剧变化,乌云密布,我问幼儿乌云是什么样子的,有的孩子说:
乌云像大海的波浪。
有的孩子说“乌云跑得飞快。
”我加以肯定说“这是乌云滚滚。
”当幼儿看到闪电时,我告诉他“这叫电光闪闪。
”接着幼儿听到雷声惊叫起来,我抓住时机说:
“这就是雷声隆隆。
”一会儿下起了大雨,我问:
“雨下得怎样?
”幼儿说大极了,我就舀一盆水往下一倒,作比较观察,让幼儿掌握“倾盆大雨”这个词。
雨后,我又带幼儿观察晴朗的天空,朗诵自编的一首儿歌:
“蓝天高,白云飘,鸟儿飞,树儿摇,太阳公公咪咪笑。
”这样抓住特征见景生情,幼儿不仅印象深刻,对雷雨前后气象变化的词语学得快,记得牢,而且会应用。
我还在观察的基础上,引导幼儿联想,让他们与以往学的词语、生活经验联系起来,在发展想象力中发展语言。
如啄木鸟的嘴是长长的,尖尖的,硬硬的,像医生用的手术刀―样,给大树开刀治病。
通过联想,幼儿能够生动形象地描述观察对象。
2历史实证编辑汉顺帝阳嘉三年十一月
宋以后,京师所设小学馆和武学堂中的教师称谓皆称之为“教谕”。
至元明清之县学一律循之不变。
明朝入选翰林院的进士之师称“教习”。
到清末,学堂兴起,各科教师仍沿用“教习”一称。
其实“教谕”在明清时还有学官一意,即主管县一级的教育生员。
而相应府和州掌管教育生员者则谓“教授”和“学正”。
“教授”“学正”和“教谕”的副手一律称“训导”。
于民间,特别是汉代以后,对于在“校”或“学”中传授经学者也称为“经师”。
在一些特定的讲学场合,比如书院、皇室,也称教师为“院长、西席、讲席”等。
东汉科学家张衡壬寅(公元134年12月13日),地动仪的一个龙机突然发动,吐出了铜球,掉进了那个蟾蜍的嘴里。
当时在京师(洛阳)的人们却丝毫没有感觉到地震的迹象,于是有人开始议论纷纷,责怪地动仪不灵验。
没过几天,陇西(今甘肃省天水地区)有人快马来报,证实那里前几天确实发生了地震,于是人们开始对张衡的高超技术极为信服。
陇西距洛阳有一千多里,地动仪标示无误,说明它的测震灵敏度是比较高的。
要练说,得练看。
看与说是统一的,看不准就难以说得好。
练看,就是训练幼儿的观察能力,扩大幼儿的认知范围,让幼儿在观察事物、观察生活、观察自然的活动中,积累词汇、理解词义、发展语言。
在运用观察法组织活动时,我着眼观察于观察对象的选择,着力于观察过程的指导,着重于幼儿观察能力和语言表达能力的提高。
历史故事:
汉章帝在位的时期,东汉的政治比较稳定。
到汉章帝一驾崩,继承皇位的汉和帝才十岁,窦太后临朝执政,让她的哥哥窦宪掌握了朝政大权,东汉王朝就开始走下坡路了。
在这个时期,出了一位著名的科学家张衡。
张衡是南阳人。
十七岁那年,他离开家乡,先后到了长安和洛阳,在大学里用功读书。
当时洛阳和长安都是很繁华的城市,城里的王公贵族过的是骄奢淫逸的生活。
张衡对这些都看不惯地动仪。
他写了两篇文学作品《西京赋》和《东京赋》(西京就是长安,东京就是洛阳),讽刺这种现象。
据说他为了写这两篇作品,经过深思熟虑,反复修改,前后一共花了十年工夫,可见他研究学问的精神是很认真严肃的。
但是张衡的特长还不是文学,他特别爱好数学和天文研究。
朝廷听说张衡是个有学问的人,召他到京里做官,先是在宫里做郎中,后来,担任了太史令,叫他负责观察天文。
这个工作正好符合他研究的兴趣。
经过他的观察研究,他断定地球是圆的,月亮是借太阳的照射才反射出光来。
他还认为天好像鸡蛋壳,包在地的外面;地好像鸡蛋黄,在天的中间。
这种学说虽然不完全精确,但在一千八百多年以前,能说出这种科学的见解来,不能不使后来的天文学家钦佩。
不光是这样,张衡还用铜制造了一种测量天文的仪器,叫做“浑天仪”。
上面刻着日月星辰等天文的现象。
他设法利用水力来转动这种仪器。
据说什么星从东方升起来,什么星向西方落下去,都能在浑天仪上看得清清楚楚。
那个时期,经常发生地震。
有时候一年一次,也有一年两次。
发生了一次大地震,就影响到好几十个郡,城墙、房屋发生倒坍,还死伤了许多人畜。
当时的封建帝王和一般人都把地震看作是不吉利的征兆,有的还趁机宣传迷信、欺骗人民。
但是,张衡却不信神,不信邪,他对记录下来的地震现象经过细心的考察和试验,发明了一个测报地震的仪器,叫做“地动仪”。
地动仪是用青铜制造的,形状有点像一个酒坛,四围刻铸着八条龙,龙头向八个方向伸着。
每条龙的嘴里含了一颗小铜球:
龙头下面,蹲了一个铜制的蛤蟆,对准龙嘴张着嘴。
哪个方向发生了地震,朝着那个方向的龙嘴就会自动张开来,把铜球吐出。
铜球掉在蛤蟆的嘴里,发出响亮的声音,就给人发出地震的警报。
公元138年2月的一天,张衡的地动仪正对西方的龙嘴突然张开来,吐出了铜球。
按照张衡的设计,这就是报告西部发生了地震。
可是,那一天洛阳一点也没有地震的迹象,也没有听说附近有哪儿发生了地震。
因此,大伙儿议论纷纷,都说张衡的地动仪是骗人的玩意儿,甚至有人说他有意造谣生事。
过了几天,有人骑着快马来向朝廷报告,离洛阳一千多里的金城、陇西一带发生了大地震,连山都有崩塌下来的。
大伙儿这才信服。
可是在那个时候,朝廷掌权的全是宦官或是外戚,像张衡这样有才能的人不但不被重用,反而被打击排挤。
张衡做侍中的时候,因为与皇帝接近,宦官怕张衡在皇帝面前揭他们的短,就在皇帝面前讲张衡很多坏话。
他被调出了京城,到河间去当国相。
张衡在他六十一岁那年病死。
他在我国科学史上留下了光辉的业绩。
3地震记录
地动仪无法记录发震时刻,更无法记录震级。
因此,从现代地震学的角度来看,候风地动仪并不能记录地震,不是地震仪。
一些科技史著作声称,张衡在公元132年制造的“候风地动仪”能够准确记录地震,比西方第一台地震仪(由意大利人路吉·帕米里制造于1856年)早了1700多年。
也有些材料说,候风地动仪可以“预测地震”。
不过,史书中有关候风地动仪的记载,仅见于《后汉书》。
这一段记载只有区区196字,其中描述地动仪内部结构的内容更只有“中有都柱,傍行八道,施关发机”这12个意义隐晦、众说纷纭的字。
以后,北齐的信都芳和隋朝的临孝恭,也都制造过地动仪,还留下了相关著作,可惜他们的著作都亡佚了。
显然,仅根据《后汉书》中的简陋记载,要复原张衡的候风地动仪根本不可能。
今天的复制品,其实是在史书那些“约束条件”之下所作的新创造。
尽管如此,《后汉书》的记载,还是向我们提供了一些有用信息。
首先,候风地动仪绝不是地震预测仪。
它只有在地震发生之后才起作用,只不过能比从驿卒更早地通知京城的人士罢了。
这就好比我们看到闪电,就知道接下来很可能会听到雷声,但在闪电发生时,雷声也已经同时发生,只不过还没有传到我们耳朵里罢了其次,根据地震波的传播机理,候风地动仪是不太可能做到“验之以事,合契若神”的。
地震发生时,从震源会发出两种波:
一种叫P波,是纵波,它引起的物体震动方向和波的前进方向一致;一种叫S波,是横波,它引起的物体震动方向和波的前进方向垂直。
P波的速度比S波快,因此最先到达地面,形成地震波中的初波。
据初波的震动方向就可以知道震源方向。
但初波非常微弱,因为它只能从震源直直地向着地震波接收处地面传播的P波,而这部分P波携带的能量只占地震波全部能量的一小部分。
如果候风地动仪能敏感到对“第一哨”初波就做出响应,那么足以有许多别的和地震无关的震动,比如在它附近跺脚,能引起它的反应,从而让人误把许多不是地震的震动也当成是地震。
但如果要让候风地动仪保持一定的“迟钝”性,它又有可能无法“感觉”到地震的初波,直到之后的各种波陆续传来时才被“惊醒”,可是这些迟来的波的震动方向已经完全不能代表震源的方向了。
何况,记录一次地震必须有三个要素:
发震时刻,震中位置和震级(地震强度)。
候风地动仪只能记录震中方向。
几台地动仪“联网”也可测出震中位置;但它却无法记录发震时刻,所以,这当然也就更不可能是“世界上第一台地震仪”了。
4复原新闻
2019年4月份,湖南省益阳市南县职业中专语文教师黄佑军完成了张衡候风地动仪的复原研究工作。
他提出了专利申请:
“带八条甬道固定都柱和推力板机关的张衡候风地动仪”。
地动仪之一龙蜍地动仪的基本构造由如下几部分组成:
1、地动仪的外壳——樽体外形。
2、八条甬道——由隔板和都柱分隔而成的空间,是安设机关的地方。
3、中心固定都柱——对内部构件进行连接和起固定作用的中心柱。
4、感震机关装置——推力板机关,类似于秦汉时期的陵墓防盗机关,也类似于捕鼠笼的“踏板机关”。
5、报震装置——报震和显示地震方向的构件。
地动仪的外壳:
樽体外形,有底,顶口有锥形盖子。
在樽体的上部位置有八个开口,为龙口;下部相应位置也有八个开口,为安放蟾蜍的插孔,又是安装和调试的入口。
八条甬道:
由八块隔板、都柱、樽壁、樽底围成的八个区域,对应八个方位,在樽底靠近樽壁的位置开有八个开口,为甬道口。
甬道口与龙口、蟾蜍插孔在同一垂直线位置。
甬道口是地震波的进入通道,其开口向下,能提高抗干扰能力。
中心固定都柱:
都柱竖立在樽底中央,与樽底固定连接。
都柱可以立于樽底上,也可以穿透樽底。
都柱与隔板固定连接,是构成甬道的构件之一。
都柱的上部通过八根横梁与龙口固定连接,使樽体内部牢固、稳定。
又是承受都柱锤
地动仪之一八甬道的地方。
感震机关装置:
为推力板机关,由推力板、放大杠杆、顶杆、月牙盘、关闩、牙机、牙机杆、都柱锤、龙机杆等构件组成。
在两隔板之间安一根横杆,推力板铰接在横杆上。
推力板上固接一根传动杆,传动杆销接在一级放大杠杆上,一级放大杠杆一端销接在樽壁上或隔板上,另一端与顶杆一端销接,顶杆销接在关闩架上,顶杆另一端抵近牙机杆上的月牙盘。
关闩为“且”字形结构,牙机为牙机杆上钩状体,牙机杆通过牙机钩住关闩杆。
牙机杆顶端与都柱锤柄尾部销接,都柱锤柄中部适当位置销接在横梁上,锤能落在都柱上。
锤柄的尾部又与龙机杆一端销接,龙机杆销接在横梁上,龙机杆另一端销接一根顶杆,顶杆抵住龙口的球丸。
推力板机关,类似于秦汉时期的陵墓防盗机关,也类似于捕鼠笼的“踏板机关”。
踏板和推力板是同一构件,将推力板埋于甬道的泥土里,地震波产生的冲力从甬道口进来顶动推力板、触发机关。
在推力板机关上装有铜锤,叫都柱锤,机关触发后锤落于都柱上,它相当于捕鼠笼的“闸门”。
都柱锤在落下的同时锤柄推动龙机杆击落龙口里的铜丸,掉入蟾蜍嘴里,报震。
报震装置:
由八只龙首、八只球丸、八只蟾蜍构成。
解决“虽一龙发机,而七首不动”这一技术特点“虽一龙发机,而七首不动”是地动仪显示“其牙机巧制”的关键技术。
将都柱锤的
地动仪之一机关
直径做得大于都柱的半径,且都柱上只能正常落下一只都柱锤;只有当锤正常落在都柱上,都柱锤才能推动龙机杆击落龙口的铜丸。
即使八道机关全部触发,也只有一只龙口的铜丸被击落,破解这“虽一龙发机,而七首不动”的技术。
测震、验震地震发生时,假设是在东边,则东边的甬道口能进入地震波,而西边的甬道由于隔板和都柱阻隔没有地震波进入;东边甬道里的推力板受到第一道地震波的冲击,发生向上翻动,通过放大杠杆推动顶杆将牙机杆顶离关闩,从而触发机关,落下都柱锤,带动龙机杆将龙口球丸击落、落入下面蟾蜍口中,进行准确报震。
当第二道地震波即横波来时,由于没有方向性,其它七道机关全被触发,但七枚都柱锤每一只都不能正常落在都柱上,不能击落球丸。
从而,符合文献资料“虽一龙发机,而七首不动”的记载。
不管是哪一方向发生了地震,地动仪都能测出震源方向来。
地动仪埋入地下,能直接受到地震波的冲击,正如战国时就有的“地听”技术,既减少了地面干扰,又增加了敏感度。
地坑铺上沙子细土筑紧,能放大地震
米尔恩对张衡地动仪和现代地震仪的研究波振幅三到四倍;推力板和一级放大杠杆通过调整能将地震波振幅放大约100倍。
候风地动仪的灵敏度很高,一级地震的震幅是1--4MM,而牙机与关闩的接触面的横向距离约4MM,只要放大震幅8--10倍就可以触发机关报震。
甬道的推力板机关类似于秦汉时期陵墓防盗机关,也类似于捕鼠笼的“踏板机关”。
踏板和推力板是同一构件。
推力板埋于甬道的泥土里,地震波从甬道口进来顶动推力板触发机关。
机关的都柱锤,相当于捕鼠笼的“闸门”,机关触发后锤落于都柱上,同时锤柄推动龙机杆击落龙口的铜丸掉入蟾蜍嘴里,报震显示地震方向。
全方位测震地动仪能准确测出八个方位发生的地震,也能测出震中位置的地震来。
当地动仪处在震源的震中位置时发生地震,八条甬道都有地震波进入,八道机关全部被触发,只有最先落在都柱上的那一只铜锤能推动龙机杆击落铜丸报震。
克服了“倒立摆”和“悬垂摆”在震源位置不能测地震的缺点。
当地震发生在地动仪相邻方位的交界线上、或附近位置,这两道机关都会被触发,只有最先被触发的机关能落下铜丸。
黄佑军认为:
在桌子上放下个架子,架子上挂一个灯笼,如果说张衡推下桌子,灯笼向推力方向摆动,如果说张衡拉下桌子,灯笼向拉力方向摆动。
站的方向没有发生变化,灯笼却发生变化,因此惯性摆原理是不能准确测出地震方向的。
地震发生时,大地受到地震的推拉力,地动山摇。
如果用灯笼原理做地动仪是不能准确无误测出地震方向的。
假设:
东西方相距5公里,东边发生地震,东边翻板先被地震波触发,一秒钟后,西方的翻板才被地震波触发,东边相连的重锤先落在都柱上,西边相连的重锤后落。
以此可测定东边地震。
而吊篮是不能准确测陷落地震的。
而翻板机关,可以设计成推也触发机关、拉也触发机关。
翻板的固定也是有讲究的,可以用两根小径棍子打入地下(沙地并用水浇湿沉降坚实),棍子顶端压块大石头,翻板铰接在两棍子上,翻板埋入地下,地震时,棍子受到地震波时,由于惯性原理,棍子发生位移量小于翻板的位移量,翻板翻转推动机关。
也可假设:
方圆十里的城,在城中心设一都柱,再在柱子上挂八个重锤,重锤通过长绳子分别与八个城门连接,如果东边发生地震(不管是膨胀地震还是陷落地震),东边的城门先震动触发机关,一秒针后,西边的城门才震动触发机关,东边的锤子先落下,正确测出地震方向。
黄佑军指出:
古代的人们根本不知道地震发生的原理,更不知道横波纵波,地震时只感觉到“地动山摇”。
他们认为地震就是“地动”。
古代人民如何测出地震地动的方向呢?
这是个谜!
但是,古代战国时期发生战争时,敌人挖地道攻城。
如何发现敌人在挖地道呢?
当时守城人想到一个办法:
用镐挖土时、地下会发生细微“地动”,水缸蒙上薄牛皮放入井下,牛皮颤动并会发出嗡嗡声,这说明敌人在挖地道了[2]!
但是,如何发现敌人挖地道的方向呢?
人们在距竖井底四、五尺高的井壁的不同方向掏洞放上这种蒙上牛皮的水缸,当他们听到水缸发出响声时,找到最响和没有响声的水缸,顺着这条直线就是敌人挖地道的方向[3]。
——这就是中国古代的地听技术!
黄佑军进一步指出:
秦汉时期陵墓机关[4],如果与地听技术接合起来就成了简单的报警机关。
在大水缸的牛皮上粘接一块小铜片做关闩,再将机关的关闩架抵住这块铜片(铜片可以在关闩架上下滑动),扣上牙机,就成了一套完整的机关。
只要关闩滑动一毫米的位移就能触发机关。
这在当时是能做到的。
水缸口径越大牛皮颤动的幅度就越大,效果就越明显。
“七石缸”就是比较大的缸了,《武备志》中记载:
“瓮听,用七石瓮,……”。
5原理考证编辑据学者们考证,张衡在当时已经利用了力学上的惯性原理,“都柱”实际上起到的正是惯性摆的作用。
同时张衡对地震波的传播和方向性也一定有所了解,这些成就在当时来说是十分了不起的,而欧洲直到1880年,才制成与此类似的仪器,比起张衡的发明足足晚了一千七百多年。
关于地动仪的结构,流行的有两个版本:
王振铎模型(1951年),即“都柱”是一个类似倒置酒瓶状的圆柱体,控制龙口的机关在“都柱”周围。
这一种模型最近已被基本否定。
另一种模型由地震局冯锐(2019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,结果与历史记载吻合。
那么,地动仪的内部结构究竟什么样子呢?
有不少学者对此作过探讨。
早在南北朝时,北齐信都芳撰《器准》,隋初临孝恭作《地动铜仪经》,都对之有所记述,并传有它的图式和制作方法。
可惜的是唐代以后,二书均失传。
今人的研究则以王振铎之说影响最大。
王振铎根据前人的猜测,讨论了地动仪内部可能有的各种结构,最后推断都柱的工作原理与近代地震仪中倒立式震摆相仿。
具体说来,都柱就是倒立于仪体中央的一根铜柱,八道围绕都柱架设。
都柱竖直站立,重心高,一有地动,就失去平衡,倒入八道中的一道。
八道中装有杠杆,叫做牙机。
杠杆穿过仪体,连接龙头上颌。
都柱倾入道中以后,推动杠杆,使龙头上颌抬起,将铜丸吐出,起到报警作用。
地动仪用精铜制成,圆经八尺,合盖隆起,形似酒樽。
表面作金黄色,上部铸有八条金龙,分别伏在东、西、南、北及东北、东南、西北、西南八个方向。
龙倒伏,龙首向下,龙嘴各衔一颗小铜球,与地上仰蹲张嘴的蟾蜍相对。
地动仪空腔中央,立一根铜柱,上粗下细。
铜柱周围有八根横杆,称为“八道”,各与一龙头相连。
铜柱是震摆装置,八道用来控制和传导铜柱运动的方向。
在地动仪受到地震波冲击时,铜柱就倒向发生地震的方向,推动同一方向的横杆和龙头,使龙嘴张开,铜球下落到蟾蜍嘴中,并发出响声,以提示人们注意发生了地震及地震的时间和方向。
一颗珠子放在平台上,如果将哪方稍微往下一按,珠于就向哪方滚动。
又如我们点亮一支蜡烛,将它放在一张不平的桌子上,它总会向低的一方倒。
地动仪就是根据这些简单的原理设计的。
地动可以传到很远的地方,只不过太远了人就感觉不到了,但地动仪能准确地测到。
但是中国科学家认定地动仪的工作原理应该是“悬垂摆原理”,即地动仪是利用了一根悬挂柱体的惯性来验震的,而非当今历史教科书所说的在仪器底部简单地竖立一根直立杆。
结构模型:
王振铎的推断得到了广泛赞同。
中国历史博物馆陈列的张衡地震仪模型,就是根据王振铎的设计复原的。
但是,也有学者提出不同意见。
中国科学技术大学李志超就曾对倒立摆结构提出过异议,他以全新的视角,提出了自己对候风地动仪的理解(参见李志超,《天人古义》,河南教育出版社,2019年版)。
李志超认为,从文献角度来看,汉代字书《释名》解释“柱”,说“柱,住也”,表明柱字原义是建筑中不动的支撑件。
由此,倒立摆结构不得称“柱”,只合称锥。
“都”是集总之义,说明不是孤柱,应该还附带八套机关,而立锥却只能是光杆。
这样,仅由“都柱”这一名称来看,倒立摆之说也不能成立。
李志超进一步指出,倒立锥的设计使原文所述其他一切部件皆成画蛇添足。
尤其是庞大的铜尊,毫无道理可言。
再者,从物理评价角度来看,任何测量仪器的性能一般都可用两个互相矛盾的指标表征:
灵敏度和稳定度。
倒立锥的设计正好突出了精密计量技术这一主要矛盾。
例如,为提高地动仪的灵敏度,就要把倒立锥的锥底做得很小,使之形成一个锥尖,但很小的锥尖承受巨大的重力压强,在不可避免的微小震动作用中必将逐渐形成不可逆的变形,其趋向是锥尖下面的支承面形成坑窝,锥尖变得圆滑。
这一过程不可逆,而且是加速的。
这样,倒立锥最终要倒下来,不管有无地震。
如果为提高稳定度,将锥尖做成宽到实际不变形,那它的灵敏度必然很低,感知量比人所能察觉的还要大,地动仪也就失去了它的存在价值。
复原研究:
谜团1700多年前,地动仪在战乱中消失,它的模样和工作原理成为千古谜团。
2019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。
直至现在,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”。
2019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,
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