张衡地动仪原理

　　地动仪是ZG古代汉族科学家创造的一传世杰作，由东汉时期天文学家张衡发明，张衡所处的东汉时代，地震比较频繁。张衡对地震有不少亲身体验，为了掌握全国地震动态，他经过长年研究，终于在阳嘉元年（公元132年）发明了候风地动仪，这也是世界上的diyi架地动仪。

　　原理：
　　据学者们考证，张衡在当时已经利用了力学上的惯性原理，“都柱”实际上起到的正是惯性摆的作用。同时张衡对地震波的传播和方向性也一定有所了解，这些成就在当时来说是十分了不起的，而欧洲直到1880年，才制成与此类似的仪器，比起张衡的发明足足晚了一千七百多年。关于地动仪的结构，流行的有两个版本：王振铎模型（1951年），即“都柱”是一个类似倒置酒瓶状的圆柱体，控制龙口的机关在“都柱”周围。这一种模型Z近已被基本否定。另一种模型由地震局冯锐（2005年）提出，即“都柱”是悬垂摆，摆下方有一个小球，球位于“米”字形滑道交汇处（即《后汉书·张衡传》中所说的“关”），地震时，“都柱”拨动小球，小球击发控制龙口的机关，使龙口张开。另外，冯锐模型还把蛤蟆由面向樽体改为背向樽体并充当仪器的脚。该模型经模拟测试，结果与历史记载吻合。那么，地动仪的内部结构究竟什么样子呢？有不少学者对此作过探讨。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》，都对之有所记述，并传有它的图式和制作方法。可惜的是唐代以后，二书均失传。今人的研究则以王振铎之说影响Z大。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，Z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ZY的一根铜柱，八道围绕都柱架设。都柱竖直站立，ZX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ZY，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ZG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。

ZG地震学家和考古学家宣布，失传千年的东汉张衡地动仪的复原工作取得了重大进展，实现了地动仪的科学复原，新的复原模型已具备验震功能。
张衡地动仪是人类历史上的diyi台验震器，在1700多年前神秘消失，它的外观和原理长期成为人们心中的谜团。有幸的是，《后汉书·张衡传》对地动仪做了记载，不过总共只有196个字，“……以精铜铸成，圆径八尺，合盖隆起，形似酒樽，饰以篆文山龟鸟兽之形。中有都柱，傍行八道，施关发机。外有八龙，首衔铜丸，下有蟾蜍，张口承之。其牙机巧制，皆隐在尊中……”，根据这一史料，中外科学家一直试图复原它。
通过严谨的科学研究，ZG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。
由ZG科学院、国家博物馆、ZG地震局等研究单位的7名地震学、考古学、文物学、机械工程学等相关学科的专家组成的验收委员会经过认真的讨论后认为，新模型首次把概念模型复原成了具有验震功能的科学仪器，迈出了复原研究的历史性一步。复原工作于4月通过了专家的验收。
新复原地动仪模型是按照史料做的重新设计，其1／3小样目前陈列在河南博物院内。它以出土的汉代酒樽为基本造型，上部为穹隆的顶盖，饰以青龙、白虎、朱雀、玄武四神的图案；下部呈直筒状，四周有八个立雕的龙头，器壁刻有汉代的纹饰；底部的八个蟾蜍作为仪器的支点，背内面外，向上张口，承接龙口吐出的铜丸。这种新的设计更加接近汉代风格，更接近史料中对地动仪的描述。
此前家喻户晓的地动仪模型是ZG历史博物馆科技文物专家王振铎于1951年设计的，其内部结构采用的是直立杆原理。但是，几十年来，国内外地震学界一直对这个模型的科学性表示怀疑甚至否定，因为它并不能检测地震，更有西方学者认为张衡地动仪是因为没有达到科学要求才失传的。
以ZG地震台网ZX研究员冯锐为负责人的研究小组，从2002年起便开始了地动仪的原理复原研究，2004年7月与河南博物院合作，收集了大量有关地动仪的史料，还首次利用了《续汉书》和《后汉纪》对地动仪的记载取得了研制新模型的更多的依据，不仅证明了地动仪的存在及确实工作过的真实性，还明确了张衡地动仪在现代地震学起步阶段曾经起过的重要思想启迪作用。
研究组利用了唐山、越南、云南等4次实际地震资料，通过计算机的控制，在振动台上实现了相当于当年陇西地震在洛阳的极其微弱的地面振动，然后把新复原模型放到振动台上验证。结果表明，新模型对地震的反应良好，对非地震的人为干扰一直未出现误触发。
专家验收委员会一致认为，ZG科学家的研究工作迈出了把张衡地动仪复原成科学仪器的关键性的一步。冯锐研究员表示，目前的复原只是阶段性成果，整个工作还没有结束，内部结构需要优化，外观造型也需要征求公众意见，以便进一步完善，实现整体的统一。（