侯風銅鳥和侯風地動儀............(20分)

東漢時期，中國發生地震的次數是比較多的，為了測定地震方位，及時地挽救人民的生命財產，公元１２６年，張衡在第二次擔任太史令之後， 就注意掌握收集地震的情报和记录，经过多年的潜心研究，终于在公元１３２年（东汉顺帝阳嘉元年），发明了世界上第一台测定地震方位的科学仪器——地动仪。就注意掌握收集地震的情報和記錄，經過多年的潛心研究，終於在公元１３２年（東漢順帝陽嘉元年），發明了世界上第一台測定地震方位的科學儀器——地動儀。 利用它，不但可以知道有没有发生地震，而且可以测出地震的方向。利用它，不但可以知道有沒有發生地震，而且可以測出地震的方向。 这个地动仪是用精铜铸成的，形状象一个酒尊，直径为八尺。這個地動儀是用精銅鑄成的，形狀像一個酒尊，直徑為八尺。 仪器上有一个隆起的顶盖，仪器的外部刻有篆文以及山、龟、鸟、兽等图形。儀器上有一個隆起的頂蓋，儀器的外部刻有篆文以及山、龜、鳥、獸等圖形。 仪器的内部有一根都柱，这根柱能够沿导轨向八个方向侧移，并以此操纵一个启（发）、闭（关）的开关。儀器的內部有一根都柱，這根柱能夠沿導軌向八個方向側移，並以此操縱一個啟（發）、閉（關）的開關。 它的外部，有八条龙，每一个龙头的口中都衔有一颗铜丸，在底座周围则有八只张着口的蟾蜍和龙头相对，以便随时承受从龙口中落下的铜丸。它的外部，有八條龍，每一個龍頭的口中都銜有一顆銅丸，在底座周圍則有八隻張著口的蟾蜍和龍頭相對，以便隨時承受從龍口中落下的銅丸。 地动仪的牙机制得非常精巧，全部装在仪器的内部，盖子盖得非常严密，连一点缝隙也没有。地動儀的牙機制得非常精巧，全部裝在儀器的內部，蓋子蓋得非常嚴密，連一點縫隙也沒有。 一旦发生了地震，地动仪就会受到振动，结果就会有一个龙嘴吐出铜丸，让它下面的蟾蜍把铜丸衔着。一旦發生了地震，地動儀就會受到振動，結果就會有一個龍嘴吐出銅丸，讓它下面的蟾蜍把銅丸銜著。 这时，地动仪就会发出响亮的声音，从而引起看守人员的注意。這時，地動儀就會發出響亮的聲音，從而引起看守人員的注意。 尽管有一条龙的机关受到触发，但其余七条龙则会保持不动，因此，只要知道哪一条龙受到触发，就可以知道地震来自什么方向。儘管有一條龍的機關受到觸發，但其餘七條龍則會保持不動，因此，只要知道哪一條龍受到觸發，就可以知道地震來自什麼方向。 根据所发生的地震的事实加以验证，地动仪所指出的地震方向和地震实际发生的方向几乎一点不差。根據所發生的地震的事實加以驗證，地動儀所指出的地震方向和地震實際發生的方向幾乎一點不差。
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。 張衡的地動儀基本上是由兩部分組成：一部分是表達慣性運動的擺，（《張衡列傳》叫都柱），另一部分是設在擺的周圍與儀體相接聯的八個方向的八組槓桿機械，兩者都裝置在一座密閉的銅儀中。 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。都柱是我國古代建築中心柱的名稱，張衡地動儀中的都柱，就是沿用這個定義。 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。由此可知，張衡是受到地震災害中房倒屋塌的啟示，利用不穩定平衡的原理，在儀器中央安裝著一根在靜止狀態下能夠直立的柱，如果發生了地震，由於地震波的震動，使都柱產生位移，平衡遭受破壞，就要傾倒下去。 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。由於地震波的縱波轉播較快而走在前邊，而且又從大地內部傳來，所以都柱的基部首先受到縱波的推力而產生和震源方向相對的位移。 但在都柱的顶部，还保持在原来的位置。但在都柱的頂部，還保持在原來的位置。 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。因而造成都柱向著震源方向的傾斜狀態，於是就重心偏移，平衡遭受坡壞，都柱便向著震源的方向倒下去。 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。都柱傾倒靈敏度的高低差別，取決於都柱的高和底面直徑的比值的大小。 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。此外，以都柱為中心而設置的八組槓桿機械，其用途是在地震時，擺由於本身慣性而與儀體發生相對的位移，失去平衡而傾斜，推開一組槓桿，使這組槓桿與儀體外部相聯的龍頭吐出銅丸，落入蟾蜍口中，通過擊落的聲響和落丸的方位來報告地震和記錄地震的方向。 
从历史上的记载来看，张衡的地动仪是颇为灵敏的。 從歷史上的記載來看，張衡的地動儀是頗為靈敏的。 公元１３８年，陇西（今甘肃省东南部）发生了地震，陇西离洛阳一千多里，但张衡的地动仪向西北方向的一条龙吐出了铜球，测出西北方发生地震，当时住在洛阳的人都丝毫没有感觉到地震。公元１３８年，隴西（今甘肅省東南部）發生了地震，隴西離洛陽一千多里，但張衡的地動儀向西北方向的一條龍吐出了銅球，測出西北方發生地震，當時住在洛陽的人都絲毫沒有感覺到地震。 洛阳的官僚、学者们议论纷纷，怀疑地动仪是否准确。洛陽的官僚、學者們議論紛紛，懷疑地動儀是否準確。 过了几天，陇西果然送来了报告，说那里发生了地震，于是，大家都承认这个仪器非常神妙。過了幾天，隴西果然送來了報告，說那裡發生了地震，於是，大家都承認這個儀器非常神妙。 从洛阳人没有震感的情况来分析，地动仪可以测出的最低震级为3级左右，在当时的技术条件下，这是一个十分了不起的成就。從洛陽人沒有震感的情況來分析，地動儀可以測出的最低震級為3級左右，在當時的技術條件下，這是一個十分了不起的成就。 从此，我国开始了远距离测量地震的历史。從此，我國開始了遠距離測量地震的歷史。
张衡制成的地动仪是人类历史上的首创，是人类文明史上用科学方法认识地震的第一次勇敢尝试，它揭开了地震科学的新纪元。 張衡製成的地動儀是人類歷史上的首創，是人類文明史上用科學方法認識地震的第一次勇敢嘗試，它揭開了地震科學的新紀元。 我们可以毫不夸张地说，张衡是世代人类从事地震科学研究的先驱和世界公认的地震学的泰斗。我們可以毫不誇張地說，張衡是世代人類從事地震科學研究的先驅和世界公認的地震學的泰斗。 在张衡成功地研制出地动仪之后，又经过了１７４８年，欧洲才制造出同地动仪相类似的仪器。在張衡成功地研製出地動儀之後，又經過了１７４８年，歐洲才製造出同地動儀相類似的儀器。
张衡除发明了地动仪以外，还制造过另一件有关气象学的仪器——候风仪。 張衡除發明了地動儀以外，還製造過另一件有關氣象學的儀器——候風儀。 人们在谈论张衡的科学创造时，多是把“候风地动仪”认为是一件仪器，不大注意“候风”两个字的意义。人們在談論張衡的科學創造時，多是把“候風地動儀”認為是一件儀器，不大注意“候風”兩個字的意義。 竺可桢先生特别指出：《后汉书·张衡传》里所记“阳嘉元年复造候风地动仪”一句，是候风仪和地动仪两个仪器创造的记叙，不过《后汉书·张衡传》把候风仪的情况忽略了没有写出来。竺可楨先生特別指出：《後漢書·張衡傳》裡所記“陽嘉元年復造候風地動儀”一句，是候風儀和地動儀兩個儀器創造的記敘，不過《後漢書·張衡傳》把候風儀的情況忽略了沒有寫出來。 竺可桢先生在《中国过去气象学上的成就》一文里写道：“在气象仪器方面，雨量器和风信器都是中国人的发明，算年代要比西洋早得多。《后汉书·张衡传》‘阳嘉元年复造候风地动仪’，《后汉书》单说到地动仪的结构，没有一个字提到候风仪是如何样子的，因此有人疑心以为候风地动仪是一件仪器，其实不然。《三辅黄图》是后汉或魏晋人所著的。书中说：‘长安宫南有灵台，高十五仞，上有浑仪，张衡所制，又有相风铜鸟，遇风乃动。’明明是说相风铜鸟是另一种仪器，其制法在汉书上虽然说得不详细，但是根据《观象玩占》书里所说的：‘凡俟风必于高平远畅之地，立五丈竿，于竿首作磐，上作三足鸟，两足连上外立，一足系下内转，风来则转，回首向之，鸟口衔花，花施则占之。’由此可知，张衡的候风铜鸟和西洋屋顶上的候风鸡是相类似的。西洋的候风鸡到１２世纪的时候始见之于载籍，要比张衡候风铜鸟的记载迟了１０００年”。竺可楨先生在《中國過去氣象學上的成就》一文裡寫道：“在氣像儀器方面，雨量器和風信器都是中國人的發明，算年代要比西洋早得多。《後漢書·張衡傳》‘陽嘉元年復造候風地動儀’，《後漢書》單說到地動儀的結構，沒有一個字提到候風儀是如何樣子的，因此有人疑心以為候風地動儀是一件儀器，其實不然。《三輔黃圖》是後漢或魏晉人所著的。書中說：‘長安宮南有靈臺，高十五仞，上有渾儀，張衡所製，又有相風銅鳥，遇風乃動。’明明是說相風銅鳥是另一種儀器，其製法在漢書上雖然說得不詳細，但是根據《觀像玩佔》書裡所說的：‘凡俟風必於高平遠暢之地，立五丈竿，於竿首作磐，上作三足鳥，兩足連上外立，一足系下內轉，風來則轉，回首向之，鳥口銜花，花施則占之。’由此可知，張衡的候風銅鳥和西洋屋頂上的候風雞是相類似的。西洋的候風雞到１２世紀的時候始見之於載籍，要比張衡候風銅鳥的記載遲了１０００年”。

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