在中国古代,为了能够适应当时社会的经济发展和日常生活的需求,人们发明了很多计时仪器,比如圭表、日晷、漏刻等。中国古代的计时工具创制很早,不晚于战国时代,而且它们各有所长,分别流行于不同时代,应用于不同的场合。应用机械原理设计的计时器主要分为两大类,一类利用流体力学计时,有刻漏和后来出现的沙漏;一类采用机械传动结构计时,有浑天仪、水运仪象台等。此外,还有应用天文原理(大都根据日影方向测定时间)计时的日晷,它也是中国最古老的计时器之一。下面举几个简单的例子。 古代计时工具大致有三类 圭表是一种既简单又重要的测天仪器,它由垂直的表和水平的圭组成。它利用了立竿见影的道理来测量日影长度。主要功能是测定冬至日,并进而确定回归年长度。此外,通过观测表影的变化可确定方向和节气。 圭表是古代汉族科学家最早发明的度量日影长度的一种天文仪器,他和日晷一样,也是利用日影进行测量的。圭表由“圭”和“表”两个部件组成,直立于平地上测日影的标杆和石柱,叫做表;正南正北方向平放的测定表影长度的刻板,叫做圭。在不同季节 ,太阳的出没方位和正午高度不同,并有周期变化的规律。于露天将圭平置于表北面,根据正午时分圭上表影,测量、比较和标定日影的周日、周年变化,可以定方向、测时间、求出周年常数、划分季节和制定历法。圭表测影是中国古代天文学的主要观测手段之一,使得在很长一段历史时期内,中国所测定的回归年数值的准确度斗居世界第一。
日晷又称“日规”,是我国古代利用日影测得时刻的又一种计时仪器。通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫做“晷针”, 石制的圆盘叫做“晷面”。使用时,观察日影投在盘上的位置,就能分辨出不同的时间。日晷的计时精度能准确到刻(15分钟)。 运作原理: 在一天中,被太阳照射到的物体投下的影子在不断地改变着: 第一是影子的长短在改变。早晨的影子最长,随着时间的推移,影子逐渐变短,一过中午它又重新变长; 第二是影子的方向在改变。在北半球,早晨的影子在西方,中午的影子在北方,傍晚的影子在东方。从原理上来说,根据影子的长度或方向都可以计时,但根据影子的方向来计时更方便一些。故通常都是以影子的方位计时。随着时间的推移,晷针上的影子慢慢地由西向东移动。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。 早晨,影子投向盘面西端的卯时附近;当太阳达正南最高位置(上中天)时,针影位于正北(下)方,指示着当地的午时正时刻。午后,太阳西移,日影东斜,依次指向未、申、酉各个时辰。
优点: 没有误差,显示所在地真正的时间,天然节能环保。 缺点: 1、对天气具有依赖性,必须依赖日照,不能用于阴天和黑夜。 2、日晷是固定的,而且使用局限于一些条件好的地区,笨重难以移动、得不到普及
铜壶滴漏又名“漏刻”或“漏壶”。即用一个在壶底或靠近底部凿有小孔的盛水工具,利用孔口流水使铜壶的水位变化来计算时间。我国发明的铜壶滴漏比外国制作的滴水计时器要早的多,应用也普遍,成为历代计时的重要工具。 图3.早期漏刻 图4.受水型漏刻工作原理 为了较精确地计量时间, 约于商代发明了刻箭, 用一根箭放在壶里, 作为时刻指示器, 箭杆上刻着刻度, 水退到哪一刻度, 就知道现在是几刻了, 这种方法叫淹箭法,又叫泄水型漏刻。 图5.泄水型漏刻工作原理 沙漏也叫沙钟。由于漏壶中的水受温度影响,为计时的准确性增加了困难,于是用细沙来代替水。 沙钟由上下两个相同的瓶子组成,中间用小口连在一起,上部瓶子所盛的细沙通过中间水口慢慢流入下部瓶中,这样上部瓶子细沙的平面渐渐降低,瓶子时间刻度就能显示出时间。这种沙钟的优点是可以两面使用,翻过来,就可以下部成为上部继续使用。 古书记载沙钟 山东省烟台市钟表博物馆五轮沙漏复制品 3利用燃物体计时,称为火钟、香钟和蜡钟都是火钟 灯钟是用油灯计时的装置,它是通过燃烧后油量的减少而指示出当时的时间。 附注:古今时间对照表
|
|