沙城筑车 第19章:水动仪
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他们一边说,一边继续走,经过了镇子上的一个展览馆。造型奇特,像是山中的一颗明珠。展顾约说:“这个地方还没有看过。”
付烁说:“那就进去看看。”
展览馆里面放置着各式各样的机电装置。
简单机械:如杠杆、轮轴、滑轮等,用来演示力的传递和机械优化。
磁悬浮:通过磁力实现悬浮。
机械手臂:用来展示机器人的运动控制和灵活性。
模型火箭发射器:用来展示火箭发射过程和物理原理。
模型电梯:用来展示电梯的工作原理和安全知识。
游戏操作设备:用于交互式体验,有飞行模拟器、汽车驾驶模拟器等。
他们走过一个机械装置,有长长的导轨和一些机关。
付烁问:“这是什么?”
董趋看看下面的介绍,说:“这是水动仪。”
付烁说:“我只听说过浑天仪。地动仪。”
中国天文学到汉代已有盖天、宣夜和浑天等学派。盖天说认为,天如盖,盖心是北极,天盖左旋,日月星辰右转。宣夜说认为天无定形,日月星辰“自然浮生虚空之中”,并不附着于“天体”之上。浑天说认为天如蛋壳,地如蛋黄,天地乘气而立,载水而行。
宣夜说后来失传了,盖天、浑天两说并行,竞相争鸣,比较科学的浑天说渐占上风。同时,观测天象的仪器也不断出现,如武帝时落下闳制造了浑天仪,宣帝时耿寿昌又造了浑天仪,和帝时崔瑗的老师贾逵更制造了黄道铜仪。
张衡继承和发展了前人的成果。元初四年(公元117年),张衡造出来成就空前的铜铸浑天仪。浑天仪主体是几层均可运转的圆圈,最外层周长一丈四尺六寸。各层分别刻着内、外规,南、北极、黄、赤道,二十四节气,二十八列宿,还有“中”、“外”星辰和日、月、五纬等等天象。仪上附着两个漏壶,壶底有孔,滴水推动圆圈,圆圈按着刻度慢慢转动。于是乎各种天文现象便赫然展现在人们眼前。这件仪器被安放在灵台大殿的密室之中。夜里,室内人员把某时某刻出现的天象及时报告给灵台上的观天人员,结果是仪器上、天上所现完全相符。
张衡先用竹篾制成一个模型,名曰“小浑”,进行了一系列的试验和校正,然后才铸作大仪。浑天仪是张衡血汗的结晶。他接着写了《浑天仪图注》和《漏水转浑天仪注》两本说明书,又撰成《灵宪》一部,绘制《灵宪图》一份。
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》,都对地动仪有所记述,并传有它的图式和制作方法。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,而非当在仪器底部简单地竖立一根直立杆。
付烁说:“那这个水动仪是怎么做的?”
董趋看看它的结构,说:“将水流中的水滴放大,考虑它的各种运动状态,与周围水滴的相互作用。”
水对应八卦里的坎卦。水动仪上面还刻有坎卦的图形。
有一个斜坡,用来模拟水滴的下落。斜坡的角度和长度可以根据需要自行调整。
在斜坡的顶部安装一个水滴模型,可以使用一个小球或者一个圆形的物体来代表水滴。可以将水滴模型固定在一个支架上,以确保它在斜坡上的位置稳定。
在斜坡的底部设置一个接收器,用来接收水滴。接收器是一个容器或者一个漏斗,以便于收集水滴。
在斜坡上设置一个机械装置,用来模拟水滴的运动过程中遇到的东西。使用一个小轮或者一个摆动的杆子。调整机械装置的位置和角度,以使它与水滴模型的运动轨迹相符合。可以通过不断调整轨道、小轮、杆子等机械装置的位置和角度,来模拟不同的水滴运动过程。
开始模拟水滴的运动过程,将水滴模型从斜坡的顶部释放,观察水滴在斜坡上的运动过程,以及机械装置的运动过程。记录下水滴运动的轨迹和时间,以便于后续的分析和研究。水流中的水滴有很多,小球也可以增加到很多个。
可以用机械装置模拟水滴的运动过程,从而更好地理解水滴的运动规律和特性。也可以用它来辅助研究水滴的运动规律。