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史书《五行志》记载,东汉时期,中国经常发生地震。汉代天文学家张衡在公元132年,发明了世界上第一台测定地震方位的科学仪器——候风地动仪。
根据《后汉书•张衡传》记载,“候风地动仪”制成于东汉阳嘉元年(132年),是用青铜铸造的。仪体形状就像汉代酒樽,仪器内部立一根铜柱,张衡称之为都柱。都柱周围有八条滑道,外部装有八条龙,龙口各含铜丸一个,龙头下方各放置一个张口向上的铜蛙。仪体内部装有机关,与体外龙头相连,一旦发生地震,机关被触发,龙口打开,铜丸落入铜蛙口中,发出声音,使掌管人知晓,并能判明地震来源的方向。
那么,地动仪的内部结构究竟是什么样子呢?王振铎教授根据前人的猜测,推断地动仪内部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,都柱竖直站立,重心高,一有地动,就失去平衡,倒入八道中的一道。推动杠杆,使龙头上颌抬起,将铜丸吐出,起到报警作用。
王振铎先生的推断得到了广泛赞同。国家博物馆陈列的张衡地震仪模型,就是根据他的设计复原的。但是,也有学者提出不同意见。比如国家地震台网中心冯锐教授彻底推翻了王振铎的倒立式震摆结构,代之以悬垂摆结构。他认为张衡地动仪是利用惯性原理,在地震波传来的一刹那发生的绝对运动中,仍有一个相对静止的都柱,因质量大而停留在相对静止中,从而会发生一段相对位移,这个相对位移触发了机关,使龙头吐出铜丸,起到报警作用。
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