張衡是東漢中期渾天說的代表人物之一，張衡的發(fā)明也因此深入人心，一起來看看小編給大家精心準(zhǔn)備的資料，歡迎閱讀!

　　張衡發(fā)明地動儀的故事

　　中國的歷史上，除了文人雅士、帝王將相 ，也有很多的科學(xué)家，張衡就是其中很著名的一個(gè)。張衡一生做了很多的事情，但是，他最有名的發(fā)明就是“地動儀”了。那個(gè)時(shí)期，經(jīng)常發(fā)生地震。有時(shí)候一年好幾次。發(fā)生一次大地震，就會給老百姓和國家?guī)砗芏嗟膫Α?/p>

　　當(dāng)時(shí)的皇上和老百姓都把地震看作是不吉利的征兆，認(rèn)為是鬼神造成的。張衡卻不信神邪，他對記錄下來的地震現(xiàn)象經(jīng)過細(xì)心的考察和試驗(yàn)，發(fā)明了一個(gè)能測出地震的儀器，叫做"地動儀"。

　　地動儀是用青銅制造的，形狀像一個(gè)酒壇，四圍鑄著八條龍，龍頭伸向八個(gè)方向。每條龍的嘴里含著一顆小銅球，龍頭下面，蹲了一只張著大嘴的蛤蟆。哪個(gè)方向發(fā)生了地震，朝著那個(gè)方向的龍嘴就會自動張開來，把銅球吐出。銅球掉在蛤蟆的嘴里，發(fā)出響亮的聲音，就告訴人們那邊發(fā)生地震啦。

　　公元138年2月的一天，地動儀正對著西方的龍嘴突然張開來，吐出了銅球，這是報(bào)告西部發(fā)生了地震呀?？墒?，那天洛陽一點(diǎn)地震的跡象也沒有，更沒有聽說附近有什么發(fā)生了地震。于是，朝庭上下都議論紛紛，說張衡的地動儀是騙人的玩意兒。過了沒幾天，有人騎著快馬來向朝廷報(bào)告，離洛陽一千多里的金城、隴西一帶發(fā)生了大地震，連山都有崩塌下來的。大伙兒這才真正的信服了。

　　張衡雖然后來在政治上并不順利，但是，他的這些科學(xué)發(fā)明和實(shí)驗(yàn)在我國科學(xué)史上留下了光輝的業(yè)績。

　　延伸：張衡的更多發(fā)明創(chuàng)造

　　多級刻漏

　　刻漏是我國古代最重要的計(jì)時(shí)儀器。目前傳世的三件西漢時(shí)代的刻漏，都是所謂“泄水型沉箭式單漏”。這種刻漏只有一只圓柱形盛水容器。器底部伸出一根小管，向外滴水。容器內(nèi)水面不斷降低。浮在水面的箭舟(即浮子)所托著的刻箭也逐漸下降?？碳┻^容器蓋上的孔，向外伸出，從孔沿即可讀得時(shí)刻讀數(shù)。這種刻漏的計(jì)時(shí)準(zhǔn)確性主要決定于漏水滴出的速度是否均勻。而滴水速度則與管口的水壓成正比變化。即隨著水的滴失，容器內(nèi)水面越來越降低，水的滴出速度也會越來越慢。

　　為了提高刻漏運(yùn)行的均勻性和準(zhǔn)確性，古人想了兩步對策。第一步是把泄水型沉箭式改為蓄水型浮箭式，即把刻漏滴出的水收到另一個(gè)圓柱形容器內(nèi)，把箭舟和刻箭都放在這個(gè)蓄水容器內(nèi)，積水逐漸增多，箭舟托著刻箭漸逐上升，由此來求得時(shí)刻讀數(shù)。第二步則是在滴水器之上再加一具滴水器。上面的滴水器滴出的水補(bǔ)充下面滴失的水，這樣，可使下面的滴水器水面的下降大大延緩，從而使下面的滴水器出水速度的穩(wěn)定性得到提高。這樣的刻漏稱為二級刻漏。如果按這思路類推，可以在二級刻漏之上再加一級，則刻漏運(yùn)行的穩(wěn)定性又可提高。這就成三級刻漏，如此等等。大概在隋唐以后，中國發(fā)展出了四級和四級以上的刻漏。不過，關(guān)鍵的從單漏到二級漏這一步發(fā)生在什么時(shí)代?在張衡以前的文獻(xiàn)和考古實(shí)物中都沒有提供明顯的資料。

　　不過在一篇題為《張衡漏水轉(zhuǎn)渾天儀制》的文章中描述了張衡所用的刻漏是一組二級刻漏。這篇文章當(dāng)是張衡或其同時(shí)代人的作品，原文已佚，現(xiàn)只在唐初的《初學(xué)記》卷二十五中留有幾段殘文。文如下：“以銅為器，再疊差置。實(shí)以清水，下各開孔。以玉虬吐漏水入兩壺，右為夜，左為晝”。“(蓋上又)鑄金銅仙人，居左壺;為金胥徒，居右壺”。“以左手把箭，右手指刻，以別天時(shí)早晚”。其中所謂疊置當(dāng)是指二具刻漏上下放置。所謂差置是指上下二具容器放置得不相重而有所錯(cuò)開。所謂再疊差置當(dāng)是指有三層容器錯(cuò)開疊放。至于下面的蓄水壺又分左、右兩把，那是因?yàn)楣糯臅r(shí)刻制度夜間和白天有所不同，所以張衡干脆就用二把。同時(shí)，這樣也便于刻漏的連續(xù)運(yùn)行。

　　瑞輪

　　莢更是一件前所未有的機(jī)械裝置。所謂莢是一種神話中的植物。據(jù)說長在堯帝的居室階下。隨著新月的出現(xiàn)，1天長1個(gè)莢，到滿月時(shí)長到15個(gè)莢。過了月圓之后，就一天掉1個(gè)莢。這樣，數(shù)一數(shù)莢的莢數(shù)就可以知道是在一個(gè)朔望月中的哪一天和這天的月相了。這個(gè)神話曲折地反映了堯帝時(shí)天文歷法的進(jìn)步。張衡的機(jī)械裝置就是在這個(gè)神話的啟發(fā)下發(fā)明的。聽謂“隨月盈虛，依歷開落”，其作用就相當(dāng)于現(xiàn)今鐘表中的日期顯示。

　　遺憾的是關(guān)于張衡渾天儀中的動力和傳動裝置的具體情況史書沒有留下記載。張衡寫的有關(guān)渾天儀的文章也只留存片斷。這片斷中也沒有提及動力和傳動裝置問題。近幾十年來，人們曾運(yùn)用現(xiàn)代機(jī)械科技知識對這個(gè)裝置作了一些探討。最初，人們曾認(rèn)為是由一個(gè)水輪帶動一組齒輪系統(tǒng)構(gòu)成。但因有記載明言渾天儀是“以漏水轉(zhuǎn)之”，而又有記載明言這漏水又是流入一把承水壺中以計(jì)量時(shí)間的。因此，就不能把這漏水再用來推動原動水輪。所以，原動水輪加齒輪傳動系統(tǒng)的方案近年來受到了懷疑。有人提出了一種完全不同的設(shè)計(jì)。他們把漏壺中的浮子用繩索繞過天球極軸，和一個(gè)平衡重錘相連。當(dāng)漏壺受水時(shí)壺中水量增加，浮子上升，繩索另一頭的平衡錘下降。這時(shí)繩索牽動天球極軸，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。此種結(jié)構(gòu)比水輪帶動齒輪系的結(jié)構(gòu)較為合理。因?yàn)?i)張衡時(shí)代的齒輪構(gòu)造尚相當(dāng)粗糙，難以滿足張衡渾天儀的精度要求。這個(gè)齒輪系必含有相當(dāng)數(shù)量的齒輪，而齒輪越多，帶動齒輪旋轉(zhuǎn)的動力就必須越大。漏壺細(xì)小緩慢的水流量就越難以驅(qū)動這個(gè)系統(tǒng)。更關(guān)鍵的是前面已提到的漏壺流水無法既推動儀器，又用于顯示時(shí)刻。而浮子控制的繩索傳動就可避開上述三大困難。人們已就此設(shè)想做過小型的模擬實(shí)驗(yàn)。用一個(gè)直徑為6.5厘米，高3.5厘米的圓柱形浮子和一塊27克重的平衡重錘，就可通過繩索帶動質(zhì)量為1040克的旋轉(zhuǎn)軸體作比較均勻的轉(zhuǎn)動。其不均勻的躍動在一晝夜中不過數(shù)次，且躍動范圍多在2°以下，這種誤差在古代的條件下是可以允許的。因此，看來浮子- 平衡重錘- 繩索系統(tǒng)比原動水輪- 齒輪系統(tǒng)的合理性要大一些。不過，張衡的儀器是個(gè)直徑達(dá)1米以上的銅制大物。目前的小型實(shí)驗(yàn)尚不足以保證在張衡的儀器情況下也能成功，還有待更進(jìn)一步的條件極相近的模擬實(shí)驗(yàn)才能作出更可信的結(jié)論。

　　不管張衡的動力和傳動系統(tǒng)的實(shí)情究竟如何，總之，他是用一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)一種與自然界的天球旋轉(zhuǎn)相同步的機(jī)械運(yùn)動。這種作法本身在中國是史無前例的。由此開始，我們誕生了一個(gè)制造水運(yùn)儀象的傳統(tǒng)，它力圖用機(jī)械運(yùn)動來精確地反映天球的周日轉(zhuǎn)動。而直到20世紀(jì)下半葉原子鐘發(fā)明和采用之前，一切機(jī)械鐘表都是以地球自轉(zhuǎn)，亦即天球的周日轉(zhuǎn)動為基礎(chǔ)的。所以，中國的水運(yùn)儀象傳統(tǒng)乃是后世機(jī)械鐘表的肇始。誠然，在公元前4世紀(jì)到公元前1世紀(jì)的希臘化時(shí)代，西方也出現(xiàn)過一種浮子升降鐘(anaphoric clock)，它的結(jié)構(gòu)和人們所設(shè)想的浮子- 平衡錘- 繩索系統(tǒng)渾天儀相仿，不過其中所帶動的不是一架天球儀，而是一塊平面星圖。可是在隨后的羅馬時(shí)代和黑暗的中世紀(jì)，浮子升降鐘的傳統(tǒng)完全中斷而消失。所以，中國的水運(yùn)儀象傳統(tǒng)對后世機(jī)械鐘表的發(fā)展具有極其重要的意義。而這個(gè)傳統(tǒng)的創(chuàng)始者張衡的功績自然也是不可磨滅的。

　　從當(dāng)時(shí)人的描述來看，張衡渾天儀能和自然界的天球的轉(zhuǎn)動配合得絲絲入扣，“皆如合符”，可見渾天儀的轉(zhuǎn)動速度的穩(wěn)定性相當(dāng)高。而渾天儀是以刻漏的運(yùn)行為基礎(chǔ)的。由此可以知道，張衡的刻漏技術(shù)也很高明。