Question

张衡发明的地动仪是运用什么原理来测定地震方位的？

Answer 1

张衡的地动仪基本上是由两部分组成：一部分是表达惯性运动的摆，（《张衡列传》叫都柱），另一部分是设在摆的周围与仪体相接联的八个方向的八组杠杆机械，两者都装置在一座密闭的铜仪中。都柱是我国古代建筑中心柱的名称，张衡地动仪中的都柱，就是沿用这个定义。由此可知，张衡是受到地震灾害中房倒屋塌的启示，利用不稳定平衡的原理，在仪器中央安装着一根在静止状态下能够直立的柱，如果发生了地震，由于地震波的震动，使都柱产生位移，平衡遭受破坏，就要倾倒下去。由于地震波的纵波转播较快而走在前边，而且又从大地内部传来，所以都柱的基部首先受到纵波的推力而产生和震源方向相对的位移。但在都柱的顶部，还保持在原来的位置。因而造成都柱向着震源方向的倾斜状态，于是就重心偏移，平衡遭受坡坏，都柱便向着震源的方向倒下去。都柱倾倒灵敏度的高低差别，取决于都柱的高和底面直径的比值的大小。此外，以都柱为中心而设置的八组杠杆机械，其用途是在地震时，摆由于本身惯性而与仪体发生相对的位移，失去平衡而倾斜，推开一组杠杆，使这组杠杆与仪体外部相联的龙头吐出铜丸，落入蟾蜍口中，通过击落的声响和落丸的方位来报告地震和记录地震的方向。

Answer 2

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，而非当今历史教科书所说的在仪器底部简单地竖立一根直立杆。

Answer 3

　　在中国历史博物馆，摆放着一件，古代的神秘仪器“地动仪”。传说有一天，趴在仪器上的八条巨龙，突然受到大地的振动，龙口内所含铜丸，突然掉落。数日后快马来报，龙头所指方向，天崩地裂。然而，这个流传了1800年的神奇传说，却遭到现代科技界的质疑。

　　公元138年，陇西大地。一骑快马在路上飞奔。突然，天空电闪雷鸣，大地剧烈震颤，紧接着房倒屋塌伤者惨嚎，死者尸横遍地，悲恸天地。

　　张衡缓步走向地动仪，仪中有异响，片刻一珠从龙嘴出，下坠入蛙口。张衡惊觉，蜡烛微跳，茶水不动，旁观众人互相对望。张衡从蛙口中取出龙珠，眉头紧皱。

　　马上人汗流浃背，身背公文疾驰而过，直奔都城洛阳。

　　这是世界上第一部架设在世界各地，可进行台网观测的地震仪器。它是由现代地震学之父，英国人米尔恩于公元1894年制造的。

　　但是这部制造于中国东汉时期，公元132年，人类历史上最早，可以感应地震的仪器。竟不可思议的比世界同类技术提前了1700多年。创造这一科学奇迹的人，是中国天才的科学家张衡。

　　然而历史也有遗憾。自从公元132年张衡造出了地动仪，仅在公元138年记录了一次陇西地震后，“地动仪”就仿佛一阵烟尘般，消失在历史的深壑。据史学家推算在西晋末年。不知什么原因“地动仪”彻底消失无踪了。

　　对地动仪存在的记录仅见于西晋文人范晔所著《后汉书，张衡传》中，张衡地动仪成为千古不解的迷团。

　　公元1951年，考古学家王振铎历经数年，考证研究终于复原并制造的“张衡地动仪”模型，为我们提供了一个直面中国古代科技文明的窗口。在教育、科技、文化领域里，张衡的辉煌就等同于中国的辉煌，冲击着每一个人，也震撼了世界。于是数以亿计的中国人，便毫不犹豫的把这一模型认定为1800年前张衡亲手制造的。

　　地震学家冯锐从事地震研究四十年，在他的书架上，有一本书《张衡科学与宗教》，是奥地利学者雷利伯所写。书中惊世骇俗的言论，令中国人根本无法接受。

　　冯锐：这个人的观点就是说比较尖锐了，他忽然谈到这个问题，就是说张衡这个地动仪，中国人把它视为国宝、视为国粹，说在中国的历史博物馆还有这个东西，可是它是不科学的。

　　冯锐：我的眼睛就说怎么回事，说是不科学的，说这个仪器是不能科学的工作，而且它失传，是因为它不科学，所以它失传，再进一步说，因此它失传了，所以张衡地动仪也没给后人任何启发、思想作用什么都没有，因此后来意大利、法国，这个后来发展的地动仪器跟张衡无关系，因此在历史上有张衡没张衡，历史是一样的，时光流转，1800年转瞬即逝。历年来在河南地区的遗迹发掘中，也从未找到张衡地动仪的蛛丝马迹，甚至连支言片语的信息也没有。

　　冯锐：而且还谈到，就是说这个中国人把这个张衡看成国粹，完完全全是一种民族的想往，不是一种完美的现实。这句话我觉得真是很让我吓一跳，因为他的观点太尖锐、太犀利了，我们知道，张衡地动仪的的确确鼓舞教育了几代中国人，在中国人心里，他的科学性，和真实存在性都是不容置疑的。但是这来自国外无情的质疑竟然有理有据，言之咄咄。令人一时竟不知如何应对。这对每一个中国人来说，都仿佛是一个难以接受和容忍的侮辱。

Answer 4

候风地动仪，又称地动仪，制成于阳嘉元年（公元132年），是世界上第一台观测和报告地震的仪器。根据《后汉书》中的记载，地动仪是用精铜铸成，像一个卵形的酒樽，直径有8尺。仪体外铸有“山龟鸟兽”，象征地上的山峦和天上的青龙、白虎、朱雀、玄武等二十八宿。体外八方刻有八卦篆文，表示八方之气。体外附有八条龙，龙首各朝八方，象征阳；八只蟾蜍抬首张口居龙首之下，象征阴。由此构成了阴阳、上下、动静的辩证关系。仪体内有一根高且细的铜柱，称为“都柱”。都柱在仪体内居于顶天立地的位置，是按古代天柱之说设计的。都柱旁有八组滑道，滑道通过杠杆连接龙头，龙头嘴内含有铜球。地震时，倾斜的都柱倒向地震方向的滑道，倒到尽头推动杠杆，通过杠杆作用引发一个像擎机一样的牙机，龙首打开，铜球落入下面的蟾蜍口中，发出“当”的一声响。司仪之人根据落球的方位，便可报告地震发生的方向。这台仪器构思巧妙，制作精密，据史书记载“验之以事，合契若神”。不仅可以测出近距离的、人们可以感觉得到的地震，还可测出发生的数千里之外的地震！

Answer 5

关于这架仪器，《后汉书》中记载：“地动仪以精铜制成，圆径八尺，合盖隆起，形似酒尊。”（酒尊就是酒坛。）里面有精巧的结构，主要是中间的“都柱”（类似惯性运动的摆）和它周围的“八道”（装置在摆的周围和仪体相接联的八个方向的八组杠杆机械），外面相应设置八条龙，盘踞在八个方位上。每个龙头的嘴中含有一个小铜球，每个龙头下面都有一只蟾蜍张口向上。如果什么地方发生了比较强的地震，传来地震的震波，“都柱”偏侧触动龙头的杠杆，使处在那个方位的龙嘴张开，铜球当啷一声掉在下面的蟾蜍口里。这样，观测人员根据铜球“振声激扬”而知道在什么时间什么方位发生了地震。地动仪制成以后，安置在洛阳，并且观测到了永和三年（公元138年）陇西发生的一次六级以上的地震，开创了人类使用科学仪器观测地震的历史。