张衡和他的地动仪
张衡简介
中国东汉科学家。字平子。南阳西鄂(今河南省南阳县石桥镇)人。早年在家发奋苦读,
17
岁去长安和洛阳一带游历,参观太学,求师访友。永元十二年(
100
)出任南阳太守的主簿。永初五年(
111
)赴京都任郎中和尚书侍郎,并曾两度担任太史令。晚年曾任河间相、尚书等职。在天文学、
在天文学、地震学、机械制造、数学、文学、绘画等方面均有很高造诣。
在天文学方面,代表作是
《
浑天仪图注
》
和
《
灵宪
》
。主张浑天说,提出天犹如一个鸡蛋,地如鸡蛋中的蛋黄那样居于中心 ,天地各乘气而立 ,载水而浮 。虽主张天有一个硬壳,却又主张“宇之表无级,宙之端无穷”,认为天外有天,宇宙无限。提出具有朴素辩证法思想的天地起源说,认为天地未分之前,一片混沌,后来元气各自分开,天地生成,万物滋育。
正确解释了月食成因,认为月食是由于月球进入地影而产生。提出“近天则迟,远天则速”,用距离的不同来解释五星运动的快慢。他估计中原一带肉眼能看见的星数约为
2500
颗,测定了太阳、月亮的视角直径是周天的
1
/
736(
约
0°.49
),这些都与实际情况十分接近。他设计制造了第一台水运浑象,用水力作为动力通过齿轮系统推动浑象本体一天旋转一周,浑象上所显示的星的出没与实际天象完全相符。
巨大成就
在地震学方面,他于永建七年(
132
)创制了世界上第一架地震仪
——
候风地动仪。该仪器十分灵敏,有一次远在千里之外的甘肃发生地震,京都洛阳毫无震感,但它却依然测到了。
在数学上的代表作是
《
算罔论
》
,其中给出圆周率
π
=≈
3.1466
和
π
=≈
3.1623
两个近似值 。
在思想领域,他坚决反对当时封建统治者所崇尚的谶纬神学,冒着会遭杀身之祸的危险,进谏皇上,“收藏图谶,一禁绝之”。在文学上,所作
《
东京赋
》
、
《
西京赋
》
、
《
应闲赋
》
、
《
思玄赋
》
等都是十分有名的著作。他还绘制过一幅地形图,并擅长绘画,被人列为当时六大名画家之一。
1956
年,河南省南阳县重修了他的坟墓,并在墓前立碑。郭沫若在碑上题词:
“如此全面发展之人物 , 在世界史中亦所罕见 。万祀千龄,令人敬仰”。
巨大成就
候风地动仪
世界上
第一架
测验地震的仪器是
中国东汉时期天文学家张衡
于汉顺帝阳嘉元年(
公元
132
)制成的候风地动仪。
“
候风”
有
“
候气
”
的意思
,
古人以为地震是由地
(
气
)
所引起的
,
因而以此为名。
地动仪由精铜铸成
,
直径
2.7
米,外形像一个大酒壶
,
中间的圆径八尺
,
顶上有突出的子
,
仪器的外表刻有篆文以及山
,
龟
,
鸟
,
兽等图形。地动仪里面有精巧的结构,主要为中间的铜质都柱
(
上粗下细的棍关,相当于一种倒立型的震摆
)
和它周围的八道(装置在摆的周围的
8
组机械装置)。仪体外部周围铸着八条龙
,
头向下
,
尾朝上
,
按东
,
南
,
西
,
北
,
东南
,
东北
,
西南
,
西北八个方向布列。龙头和内部信道中的发动机关相连
,
每个龙头嘴里衔有一粒小铜珠。地上对准龙嘴处
,
蹲着八个铜蟾蜍
,
昂着头
,
张着嘴
,
当某处发生地震
,
都柱便倒向那一方
,
触动
“
牙机
”
,
使发生地震方向的龙头张开嘴巴
,
吐出铜珠
,
落到铜蟾蜍嘴里
,
发出
“
当啷”声响
,
由此便可知道地震发生的时间和哪个方向发生地震。据史料记载,候风地动仪曾成功地记录了
138
年发生在甘肃的一次强烈地震,从而证明了它的准确性和可靠性。
张衡于汉顺帝阳嘉元年( 公元
132
年)制成的候风地动仪,地震仪安放在阳
,
于顺帝永和三年二月初三(公元
137
年)测出在陇西发生的地震
,
可见仪器灵敏度相当高。
曾于
138
年测出千里之外的陇西所发生的一次地震
,
朝野上下
,
颇为震动。但由于当时朝堂上谶讳迷信劫力很盛
,
张衡的一重要发明没有得到应有的重视
,
候风地动仪也没有被保存下来。
张衡的地动仪比外国同类仪器早诞生近一千年。古波斯直到公元十一世纪才有类似地震仪器。近代的地震仪在公元
1880
年才制成
,
它的原理和张衡地动仪基本相似
,
但时间却晚了一千七百年。
候风地动仪
据史书
(
五行志
)
记载
,
公元九二年以后
,
几乎连年发生地震
,
地震地区大至数十郡
,
吊玫地裂地陷
,
江河泛滥
,
房屋倒塌。张衡鉴于地震的频繁
,
创造了候风地动仪
,
以测定地震的方位。
右图为张衡于
132
年制造的候风地动仪复原模型。
候风地动仪
指南车
中国古代用来指示方向的一种机械装置。它利用
差速齿轮原理
,不论车子转向何方,木人的手始终指向南方。
据考证,
三国魏
马钧
创造指南车,虽有记载,但造法失传。张衡时对指南车进行了改良。
《
宋史
·
舆服志
》
对其机械构造有具体记载 。宋代造法有天圣五年(
1027
)燕肃所献传统做法和大观元年(
1107 )
内侍省吴德仁所献车制两种。指南车的创造
标志
着中国古代在齿轮传动和离合器的应用上已取得很大成就。
浑天说
中国古代一种宇宙学说,认为天是一个圆球,地则位于这个圆球的中间。天在不停地旋转,日月星辰随天运转,转到地平线之下就看不见了,这种见解比盖天说更合理地解释了天体的出没。早期的浑天说认为“天地各乘气而立,载水而浮”(东汉张衡
《
浑天仪注
》
),即天地之间上半充满了气 ,下半则充满了水 。到了北宋时代 ,张载提出 “地在气中”(
《
正蒙
·
参两
》
),认为天地之间完全为气所充满 。
中国古代的浑天家并不排斥宇宙无限观,汉代浑天说的代表人物张衡就主张“宇之表无极,宙之端无穷”(
《
灵宪
》
),认为球形的天球并不是宇宙的边界,宇宙在时间上和空间上都是无穷无尽的。浑天说对地球形状持何种见解至今还有争论,有些天文学史家认为中国古代的浑天家已认识到地球是球形的;但更多的人则持反对意见,认为中国古代的浑天家并未认识到这一点。
公元
117
年,张衡根据浑天原理用铜铸造了浑天仪。
真的假的?
杭州“花草地动仪”竟能“测”出印度大地震
前不久,
杭州
曲苑风荷公园内用花草做成了这个地动仪的造型,本是节庆的应景之作。不料
印度
26
日发生大地震
后,地动仪朝着印度方向的龙头发生了断裂,工作人员只好用铁丝将其固定住。于是有好奇者打听,是否杭州的这个花草地动仪也具备测震的功能?对此公园解释该地动仪只是一个用花草点缀的盆景,其结构根本不可能测得震感,这事无非是一个有趣的巧合罢了。
思考
1
、课文中对候风地动仪进行评价有多少次?请找出文中评价的句子,并分析其各次不同之处。
2
、科学工作者是如何从古籍中获得启示的?文中解说古籍的方法有多少种?如果不引古文,全部用现代语言来说明,效果有何不同?
3
、文中对科学工作者如何研究候风地动仪中都柱的放置问题解说详尽,并概括为两种设想,分析地动仪的工作原理有何作用呢?
4
、课文中多次将张衡以及他的仪器和外国人、外国仪器相对比,分析作者为什么要这样写?
张衡和他的地动仪