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张衡发明的地动仪真的有用吗

时间:2018-10-09 10:11:59编辑:梓岚

张衡发明的地动仪究竟有没有用,我们可以从力学的角度上来分析这个事情。
我们知道,张衡时代的仪器是机械仪器,那时候还没有电子设备,什么传感器,模拟电路与数字电路都是没有的,唯一有的就是青铜器。那么张衡在公元134年前做的地动仪的核心部件就是一个青铜的圆柱子——根据《后汉书》的语焉不详的记载,我们大致可以判断,该圆柱子可以存在3种不同的可能性,分别是:

a:上端自由,下端固定
b:下端自由,上端固定
c:上端与下端都是自由的,都不固定

三种不同的圆柱子摆放方式

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地震发生前,这根圆柱子会朝某一个方向倾倒,砸中那个方向上的龙吐出珠子,被底下的蛤蟆接住。
因此,从力学原理上来看,这圆柱子在地震来临之时倾倒,这就是利用了所谓“共振”的物理原理。
共振的意思是说:铜柱子的固有频率(任何固体都有一个固有频率,所有大桥也有固有频率,军队在大桥上齐步走的频率如果与大桥固有频率相同,就会发生共振)与地震来临前发射的次声波(一种频率小于20赫兹的声波)的频率非常非常接近,所以铜柱子从地震次声波里吸收了能量,导致共振的发生,铜柱子的振幅越来越大,马上就会倒塌。
那么,问题来了,铜柱子应该朝哪个方向倒塌?
根据中国地震台网冯锐等人的试验,铜柱子的倒塌方向是随机的,不一定会朝地震发生的那个方向倒塌。
因此,可以说,张衡的“地动仪”是利用“共振”原理来工作,这一点是值得肯定的(因为地震前的次声波传播速度很快,在地震的纵波与横波传过来之前,次声波早一步到达事发地点,因此这个地动仪有一定的预测地震的作用),但此“地动仪”是无法判定地震发生的方位的。