张衡的地动仪,到底有没有作用呢?为何科学还没有解释
本文已影响3K人
本文已影响3K人
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
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。
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。
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
汉武帝到底有没有爱过卫子夫呢 为什么墓中没有她的尸体呢
张仪和商鞅身处的时局有何不同?张仪为什么没有被清算?
《王牌部队》顾一野能上军校,其父顾衡有没有动用关系?
古人常说的天上一日地下一年有道理吗 有没有科学依据呢
项羽和虞姬到底有没有子嗣?为何没有相关的记录呢?
孙权到底有没有野心?为何他很少主动出击呢?
木星有陆地吗?据科学探测,木星确实是没有任何陆地的
姜子牙没有封神之前到底有没有地府的存在?
张衡只是制造了地动仪?他的才华打死想不到
未解之谜:张衡发明了地动仪是不是真的?
古代守宫砂到底是什么 这东西有没有科学依据
黄马褂到底有何作用?有没有真正的实权?
小明王的死和廖永忠有没有联系 他到底有没有动手
根据历史记载,张衡发明的地动仪是用什么材料制成的?
关羽发动北伐,到底有没有通知刘备呢?
除了地动仪之外,张衡的一生还发明了哪些东西?
防弹衣里有没有装钢板?在战场上到底有没有用?
竟然康熙如此热爱西方科学 为什么没有推动大清王朝科技的发展呢
揭开伏尼契手稿的神秘面纱
司马光为何要把庞籍的妻子当做母亲一样孝敬呢?
张果老活了二万七千岁,这种说法属实吗?
《南齐书》·卷五海陵王上记载的是什么样的历史
和珅贪污却有三个原则作为底线 和珅不碰哪三种钱
揭秘:历史上的朱熹究竟小人还是君子?
揭秘清朝皇帝为什么一直追杀朱三太子?
藤原仲麻吕之乱的发动者:藤原仲麻吕的生平简介
凉州之乱的发生背景是什么?为什么说它加快了东汉的灭亡
唐太宗明太祖如何对付捍卫一夫一妻的大臣妻子
哈尔科夫反击战的详细经过是怎样的?最后结果如何
司马懿、曹操和刘备谁才是三国里最奸诈的人
赵武灵王被活活饿死 竟因吴广的女儿孟姚引起的?
古代第一荒淫公主 公然勾引帅哥姑父娶三十个男妾
唐朝中期权宦,为什么说李辅国是唐朝的姜子牙?