第19章：水动仪（2 / 2）

    中国天文学到汉代已有盖天、宣夜和浑天等学派。盖天说认为，天如盖，盖心是北极，天盖左旋，日月星辰右转。宣夜说认为天无定形，日月星辰“自然浮生虚空之中”，并不附着于“天体”之上。浑天说认为天如蛋壳，地如蛋黄，天地乘气而立，载水而行。

    宣夜说后来失传了，盖天、浑天两说并行，竞相争鸣，比较科学的浑天说渐占上风。同时，观测天象的仪器也不断出现，如武帝时落下闳制造了浑天仪，宣帝时耿寿昌又造了浑天仪，和帝时崔瑗的老师贾逵更制造了黄道铜仪。

    张衡继承和发展了前人的成果。元初四年（公元117年），张衡造出来成就空前的铜铸浑天仪。浑天仪主体是几层均可运转的圆圈，最外层周长一丈四尺六寸。各层分别刻着内、外规，南、北极、黄、赤道，二十四节气，二十八列宿，还有“中”、“外”星辰和日、月、五纬等等天象。仪上附着两个漏壶，壶底有孔，滴水推动圆圈，圆圈按着刻度慢慢转动。于是乎各种天文现象便赫然展现在人们眼前。这件仪器被安放在灵台大殿的密室之中。夜里，室内人员把某时某刻出现的天象及时报告给灵台上的观天人员，结果是仪器上、天上所现完全相符。

    张衡先用竹篾制成一个模型，名曰“小浑”，进行了一系列的实验和校正，然后才铸作大仪。浑天仪是张衡血汗的结晶。他接着写了《浑天仪图注》和《漏水转浑天仪注》两本说明书，又撰成《灵宪》一部，绘制《灵宪图》一份。

    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》，都对地动仪有所记述，并传有它的图式和制作方法。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，最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中央的一根铜柱，八道围绕都柱架设。都柱竖直站立，重心高，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，而非当在仪器底部简单地竖立一根直立杆。

    付烁说：“那这个水动仪是怎么做的？”

    董趋看看它的结构，说：“将水流中的水滴放大，考虑它的各种运动状态，与周围水滴的相互作用。”

    水对应八卦里的坎卦。水动仪上面还刻有坎卦的图形。

    有一个斜坡，用来模拟水滴的下落。斜坡的角度和长度可以根据需要自行调整。

    在斜坡的顶部安装一个水滴模型，可以使用一个小球或者一个圆形的物体来代表水滴。可以将水滴模型固定在一个支架上，以确保它在斜坡上的位置稳定。

    在斜坡的底部设置一个接收器，用来接收水滴。接收器是一个容器或者一个漏斗，以便于搜集水滴。

    在斜坡上设置一个机械装置,用来模拟水滴的运动过程中遇到的东西。使用一个小轮或者一个摆动的杆子。调整机械装置的位置和角度，以使它与水滴模型的运动轨迹相符合。可以通过不断调整轨道、小轮、杆子等机械装置的位置和角度，来模拟不同的水滴运动过程。

    开始模拟水滴的运动过程，将水滴模型从斜坡的顶部释放，观察水滴在斜坡上的运动过程，以及机械装置的运动过程。记录下水滴运动的轨迹和时间，以便于后续的分析和研究。水流中的水滴有很多，小球也可以增加到很多个。

    可以用机械装置模拟水滴的运动过程，从而更好地理解水滴的运动规律和特性。也可以用它来辅助研究水滴的运动规律。