地动仪长啥样

地动仪长啥样
至今还是个谜

“我们古代的科学家，发明了很多好玩儿的东西，你们能列举几个么？”在“华夏之光”展区门口，科技馆的老师提出了问题。“四大发明！”孩子们争相举着小手抢答。“今天我们要参观的，是另一个领域的先进技术。地震是比较常见的地质灾害，它的预防和监测是怎么实现的呢？”科技馆的老师循循善诱，一个问题引出另一个问题。“有地震局！震源、震级什么的都能测出来！”孩子中一个六年级的“小哥哥”有模有样地告诉大家。“说的对，但是倒退2000年，古人们想过什么办法呢？”“我知道，我知道，有地震仪！”“答对了，今天大家要参观的，就是张衡发明的候风地动仪的复原作品。”

走进展厅，孩子们眼前矗立着两台形状不一的地动仪。为什么会有两台不同的呢？老师给大家解释，原来，张衡发明地动仪距今已有2000多年了，虽然他当年曾记录下制作过程，但随着时间的推移，这份“笔记”已不完整，只剩下几句关键性的话了。“据记载，地动仪的关键部件叫做‘都柱’。仪器利用都柱产生的倾斜和相对运动，揭示地震的方位。”

时间久远，地动仪的复原存在争议，科技馆向大家展示了目前流行的两个版本。首先是利用重心定理的“倒立摆”式模型，这个模型中间放了一根特别长、但直径很小的柱子。“有没有喜欢车的小朋友啊？你们知道为什么跑车都特别‘矮’吗？”“底盘低，跑得稳！”“答对了，车越高越容易翻车，这是由于重心高、不稳定。而这根‘都柱’这么细、这么长，它会怎样呢？”“特别容易倒！”“所以，一旦有轻微的地震波传来，它也会‘循声而倒’，从而揭示地震的方向。”

但这种复原方式也存在矛盾，“这么细长的柱子，还要稳定地放置好，在现在都是难度很大的。那2000多年前有这么高的加工技术和制作工艺来完成这么精密的结构吗？这很很令人怀疑。”科技馆的老师介绍，2005年，地震局的专家冯锐提出了一种更符合历史实际的模型——“悬垂摆”式地动仪。“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。地震时，“都柱”拨动小球，小球击发控制龙口的机关，使对应方向的龙口张开吐出龙珠，“这里用的是你们以后将学到的惯性原理”。

160个“更夫”为宋代大钟报时

“如果我向你询问时间：小朋友，几点了？你会怎么办？”“看手机！”“看手表！”这个小问题可是难不倒机灵的孩子们。“但你们想象过，一千年前的古人怎么判断时间吗？”“我知道，有日晷，用太阳的影子报时！”一个高个子的男生推了推眼镜答到。“那阴天了怎么办呢？”老师追问。“嗯，还有沙漏，历史课本上学过‘铜壶滴漏’。”“说的很对，但为了精确计时，古人也发明了跟时钟一样的报时器。大家眼前的这个展品就是宋代的‘大钟’。”

“不可能吧！”孩子们看着眼前巨大的三层“小木楼”，纷纷表示不可置信，“一点都不像，哪儿有这么大的时钟啊！”“其实，这还是按1比2的比例缩小后的复原模型呢。根据历史记载，它的总高度将近12米，台底7米见方，堪称当时世界上最先进、技术综合程度最高的大型机械装置。”老师告诉孩子们，这个“大家伙”名叫水运仪象台，是900多年前的宋代，集计时报时、天文观测和星象显示三项功能于一体的大型天文钟。

“木楼”的顶层是浑仪，用于观测星空，上方的屋形面板在观测时可以揭开。中层为浑象，用于显示星空，“可以像看穹幕电影一样观看星空的变化。”底层为动力装置及计时、报时机构，通过齿轮传动系统与浑仪、浑象相联，使这座三层结构的天文装置环环相扣，达到与天体同步运行。

“你们看，离你们最近的底层窗户里，是不是很‘热闹’啊？”大家定睛一看，“木楼”下面还挤满了“人”呢。“你们都看过古装电视剧吧，一到晚上就有打更的更夫，敲着更，喊着‘几时几刻，小心火烛’。这些小木人儿，就是仪象台里的‘更夫’！”原来在塔形报时装置里，最上一层有3个木人，中间着绿衣的每到一刻击鼓一声，右侧穿红衣的每到时初摇铃一次，左侧紫衣木人每到时正叩钟一下；最下两层为夜间值更人，举牌显示更点，并敲击金钲告诉人们某个更点已至。“整个‘时钟’里竟然挤着160多个小木人，不仅可以显示时、刻，还能报昏、旦时刻和夜晚的更点。”

失传千年的“小木牛”跑起来

孩子们在老师的指导下，亲手拼插，复原了属于自己的木牛流马

接下来，就是孩子们最期待的动手环节了，科技馆的老师们为“教学大缸”的小粉丝们准备的，是传说中古代打仗时的运粮“神器”——“木牛流马”。相传，三国时期，蜀国丞相诸葛亮在北伐时使用不吃不喝的木牛流马，为十万大军运送粮草。在《三国志》的记载中，这木牛流马可是能日行数十里、肩扛400多斤的吃苦耐劳的“老黄牛”。但是，由于年代久远、文字记载有限，它的“真身”早就失传1700多年了。它究竟是什么样子？它的工作原理又是怎样的呢？千百年来，无数人试图破解“木牛流马”之谜，提出了各式各样的想法，因此争论不休。

四条腿？四轮车？独轮车？……这些方案可行吗？“在山行的栈道上，四条腿可走不远。而四轮车的可能性更小，转向控制就是在平地上也不灵！”那么，独轮车是否就是木牛流马的真实模样呢？也不尽然，在《三国志》的记载中，木牛流马是“一脚四足”的，这怎么体现呢？

看看科技馆为小朋友们准备的“小木牛”吧，这个版本的木牛流马真的有四只“脚”，利用不倒翁的原理，只要一个向前的动力，它就可以一步三摇，自己“走”出好远。科技馆利用激光雕刻的技术，制作出了小模型的18个部件，孩子们在老师的指导下，亲手拼插，复原了属于自己的木牛流马。为了给“小木牛”施加任务，科技馆的工作人员还“连夜”赶制了许多小“粮袋”，孩子们在里面装上“粮食”——水晶砂，通过调整粮袋的重量，可以控制木牛的重心，让木牛走得更稳、更远。

接下来，同学们拿着自己的“战牛”随老师来到了“斗牛场”。两两一组，看谁的小牛跑得又快又远。“我的小木牛怎么原地踏步啊！”“我的小木牛跑得真快！”“我的牛走着走着拐弯偏离赛道了！”……虽然状况频出，但孩子们还是玩得不亦乐乎。冠军是一位四年级的小男生，他的“赛牛”跑完全场2.4米的“跑道”仅用了31秒的时间，足足比第二名少用了5秒。小赢家戴着科技馆为冠军准备的“神秘大奖”——虚拟现实VR眼镜，一手骄傲地举着自己的“战牛”，别提多开心了。

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来源：北京晚报 北晚新视觉网 记者 记者 孙乐琪 文并摄