张衡地动仪真的有用吗

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匿名用户
推荐于2018-02-05
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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。
陆正国53
2018-10-24
陆正国53
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张衡与衡器著名他对地磁场变化知道多与地震有着密切关系,所以研制地动仪,每个科学家都想有大成功,衡器得到普极地动仪是不能普极,地动仪精度难度远大于衡器发明,在当时通信科技有限,能测时间以是一至三天内,信息不能提前到达地震地点,能发辉作用有限,为什么会失传?古代改朝换代前朝好的珍贵的东西是不会留给后朝,都灭朝了哪还管老百姓,核心技术与重要依据是不会留给后朝的,留一点只为有过地动仪,我分析它应是地磁场变化惑运,杆扦连扦原理,他研制地动仪花费好多年经力了,没有达到他的目标,后人不该忘记伟大的科学家张衡。
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昝刘威1
2015-04-18
昝刘威1
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汉顺帝阳嘉三年十一月
东汉科学家张衡
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。
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UU86666668
2018-10-04
UU86666668
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各位答主可能都是地震学方面的专家,从地震的原理上做出了解释,而具体的方位等事物可以通过机械原理进行设计,来完成它的功能
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沧海半杯
来自文化艺术类芝麻团 2015-04-18
沧海半杯
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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
“候风地动仪”
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
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