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一寸光阴一寸金|古代计时工具

 xdd响当当 2016-10-01

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


1利用日影测定时间,常用圭表和日晟


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


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。


1


 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


2利用漏壶计时,常用水漏和沙漏

       

元代铜壶滴漏


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。
香钟是一种更为方便的火钟,它以特制的模子制成盘香,盘香粗细均匀,燃烧时间与其长短成正比,即燃烧时间越长,剩余的盘香越少,在盘香上记上刻度,就可以知道相应的时辰。也有具有闹钟作用的香钟,当香火烧到一固定刻度时,上面挂的重物落下撞击金属器皿,发出响声,提醒此时办事的人,起到闹钟作用。燃香计时因为价格便宜,方便实用,在古代民间是比较流行的。蜡钟:蜡烛本身的燃料数量定好,燃烧时的速度也就基本相同。那么烧完一支蜡烛的时间也大体相同。如在蜡烛上刻上相应的刻度就可以计算简单的时间间隔了。


附注:古今时间对照表

子时

23:00 – 01:00

子初

23:00

夜半

又名子夜、中夜,十二时辰的第一个时辰

子正

00:00

丑时

01:00 – 03:00

丑初

01:00

鸡鸣

又名荒鸡,十二时辰的第二个时辰

丑正

02:00

寅时

03:00 – 05:00

寅初

03:00

平旦

又称黎明、早晨、日旦等,是夜与日的交替之际

寅正

04:00

卯时

05:00 – 07:00

卯初

05:00

日出

又名日始、破晓、旭日等,指太阳刚刚露脸,冉冉初升的那段时间

卯正

06:00

辰时

07:00 – 09:00

辰初

07:00

食时

又名早食等,古人“朝食”之时也就是吃早饭时间

辰正

08:00

巳时

09:00 – 11:00

巳初

09:00

隅中

又名日禺等,临近中午的时候

巳正

10:00

午时

11:00 – 13:00

午初

11:00

日中

又名日正、中午等

午正

12:00

未时

13:00 – 15:00

未初

13:00

日昳

又名日跌、日央等,太阳偏西为日跌

未正

14:00

申时

15:00 – 17:00

申初

15:00

哺时

又名日铺、夕食等

申正

16:00

酉时

17:00 – 19:00

酉初

17:00

日入

又名日落、日沉、傍晚,意为太阳落山的时候

酉正

18:00

戌时

19:00 – 21:00

戌初

19:00

黄昏

又名日夕、日暮、日晚等,此时太阳已经落山,天将黑未黑。天地昏黄,万物朦胧,故称黄昏

戌正

20:00

亥时

21:00 – 23:00

亥初

21:00

人定

又名定昏等,此时夜色已深,人们也已经停止活动,安歇睡眠了。人定也就是人静



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