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中国古代的计时器:圭表、日晷、漏壶、浑天仪

news.xixik.com   2017-8-23 17:08:58 资讯来源:嘻嘻网   字号控制:[ ]
核心提示:在古代还没有发明钟表的时候,人们是怎样测定时间的呢?最初,人们根据日月星辰的出没估计时间。以后他们观察到阳光下树影、房影的移动,进而用“立竿见影”的方法创造了最初的“表”。随后,古人又创造了“圭表”、“日晷”等,

在我们的生活和工作中,钟表是不可缺少的,它为我们提供了准确的时间。但是,在古代还没有发明钟表的时候,人们是怎样测定时间的呢?

最初,人们根据日月星辰的出没估计时间。以后他们观察到阳光下树影、房影的移动,进而用“立竿见影”的方法创造了最初的“表”。随后,古人又创造了“圭表”、“日晷”等,圭表是古代量度正午日影长度的天文仪器,它包括“圭”和“表”两部分,互相搭配。“圭”平置于南北方向,“表”垂直立于圭的南端,根据正午表影投射在圭面上的影长,来判断冬至日、夏至日与二十四节气。中国传统上以立春立夏立秋立冬为起点来划分四季。在冬季,太阳光比夏季倾斜,因而表影比夏季长。换句话说,正午时的表影最长或最短的那一天,太阳恰好处于最南或最北的极限位置。这两天分别叫作冬至日和夏至日。

  圭表

  1965年,在江苏仪征石碑村发掘了一座东汉木椁墓,墓中出土了一件小型铜圭表。此件圭表造型别致,把圭和表合装一体。 表垂直立于圭身一端,由枢轴相接,可以启合;圭身正面有长方形匣槽,闭合时,表可以放置其中。圭即平卧的标尺,正面有刻度,分十五寸,每寸十分,刻度清晰可见。每当正午太阳光照射在表上时,表影投在圭尺刻度上,即可据此计算出投影的长度。此圭表既方便使用,又可随身携带,是我国现存最早的天文仪器之一。

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东汉铜圭表

圭表侧影示意图

日晷

  “日晷”是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器。通常由铜质的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫做“晷针”,垂直地穿过圆盘中心,起着圭表中立竿的作用,因此,晷针又叫“表”,石制的圆盘叫做“晷面”,安放在石台上,呈南高北低,使晷面平行于天赤道面,这样,晷针的上端正好指向北天极,下端正好指向南天极。在晷面的正反两面刻划出12个大格,每个大格代表两个小时。当太阳光照在日晷上时,晷针的影子就会投向晷面,太阳由东向西移动,投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。晷面的刻度是不均匀的。于是,移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针,晷面则是钟表的表面,以此来显示时刻。

  
  漏壶

  但是这些仪器只能在白天有太阳的时候工作,那么夜间、阴天又怎么办呢?人们又发明了漏壶,漏壶又叫“滴漏”、“刻漏”。中国最早的漏壶是在壶中插入一标杆,称为箭。箭下用一只舟承托,浮在水面上。水流出壶时,箭下沉。指示时刻,称“泄水型漏壶”或“沉箭漏”;另一种为水流入壶中,箭上升,指示时刻,称“受水型漏壶”或“浮箭漏”。泄水壶多为一只贮水壶,即单壶。在陕西兴平、河北满城和内蒙古伊克昭盟杭锦旗均发现过西汉初期的单壶。西汉末,已发展到叠加漏水壶,用上面流出的水来补充下面壶的水以提高流水稳定度。东汉科学家张衡发明的漏水转浑天仪里已经使用二级漏壶,它利用铜壶滴漏的原理,使漏水推动一个大水轮等速旋转,并通过齿轮系的减速传动,带动浑象,使它一天只转一圈。晋代时又出现三级漏壶。到唐初,已经设计出四只一套漏壶。

铜漏壶(西汉) 内蒙古伊克昭盟杭锦旗出土

浑天仪

  公元725年,唐代科学家僧一行和梁令瓒又利用齿轮系进一步创造了水力浑天仪,它比张衡的仪器又进了一大步,能表示出一年、一月、一天的时间。
  北宋时,科学家苏颂和韩功廉等人创造的水运仪象台既是一个自动天文仪器,又是一个计时器。据记载,台分三层,上层放浑仪,中层置浑象,下层设木阁,为报时系统。木阁又分5层,每层有门。因古时一昼夜十二时辰,每时辰又分时初、时正。每到一刻,每一层门中有一木人出来打鼓。每逢时初,有一木人摇铃;时正则有木人敲钟。第二和第三层有木人拿牌子出来报时;第四层有木人击夜漏金钲;第五层有木人报夜漏更筹。仪器中有一叫做天衡的机构,控制着水轮的运转,相当于现代钟表中的擒纵器所起的作用。

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  元末明初,科学家詹希元又创造了“五轮砂漏”,它用砂代替水做动力,它也有报时的木人,其最大特点是已有了一个完整的表盘,指针不停地转动,很像现在的时钟。

明末清初,欧洲机械钟表开始大量进入中国宫廷。 

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