他們一邊說(shuō),一邊繼續(xù)走,經(jīng)過(guò)了鎮(zhèn)子上的一個(gè)展覽館。造型奇特,像是山中的一顆明珠。
展顧約說(shuō):“這個(gè)地方還沒(méi)有看過(guò)?!?br/>
付爍說(shuō):“那就進(jìn)去看看?!?br/>
展覽館里面放置著各式各樣的機(jī)電裝置。
簡(jiǎn)單機(jī)械:如杠桿、輪軸、滑輪等,用來(lái)演示力的傳遞和機(jī)械優(yōu)化。
磁懸浮:通過(guò)磁力實(shí)現(xiàn)懸浮。
機(jī)械手臂:用來(lái)展示機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制和靈活性。
模型火箭發(fā)射器:用來(lái)展示火箭發(fā)射過(guò)程和物理原理。
模型電梯:用來(lái)展示電梯的工作原理和安全知識(shí)。
游戲操作設(shè)備:用于交互式體驗(yàn),有飛行模擬器、汽車駕駛模擬器等。
他們走過(guò)一個(gè)機(jī)械裝置,有長(zhǎng)長(zhǎng)的導(dǎo)軌和一些機(jī)關(guān)。
付爍問(wèn):“這是什么?”
董趨看看下面的介紹,說(shuō):“這是水動(dòng)儀?!?br/>
付爍說(shuō):“我只聽(tīng)說(shuō)過(guò)渾天儀。地動(dòng)儀?!?br/>
中國(guó)天文學(xué)到漢代已有蓋天、宣夜和渾天等學(xué)派。蓋天說(shuō)認(rèn)為,天如蓋,蓋心是北極,天蓋左旋,日月星辰右轉(zhuǎn)。宣夜說(shuō)認(rèn)為天無(wú)定形,日月星辰“自然浮生虛空之中”,并不附著于“天體”之上。渾天說(shuō)認(rèn)為天如蛋殼,地如蛋黃,天地乘氣而立,載水而行。
宣夜說(shuō)后來(lái)失傳了,蓋天、渾天兩說(shuō)并行,競(jìng)相爭(zhēng)鳴,比較科學(xué)的渾天說(shuō)漸占上風(fēng)。同時(shí),觀測(cè)天象的儀器也不斷出現(xiàn),如武帝時(shí)落下閎制造了渾天儀,宣帝時(shí)耿壽昌又造了渾天儀,和帝時(shí)崔瑗的老師賈逵更制造了黃道銅儀。
張衡繼承和發(fā)展了前人的成果。元初四年(公元117年),張衡造出來(lái)成就空前的銅鑄渾天儀。渾天儀主體是幾層均可運(yùn)轉(zhuǎn)的圓圈,最外層周長(zhǎng)一丈四尺六寸。各層分別刻著內(nèi)、外規(guī),南、北極、黃、赤道,二十四節(jié)氣,二十八列宿,還有“中”、“外”星辰和日、月、五緯等等天象。儀上附著兩個(gè)漏壺,壺底有孔,滴水推動(dòng)圓圈,圓圈按著刻度慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)。于是乎各種天文現(xiàn)象便赫然展現(xiàn)在人們眼前。這件儀器被安放在靈臺(tái)大殿的密室之中。夜里,室內(nèi)人員把某時(shí)某刻出現(xiàn)的天象及時(shí)報(bào)告給靈臺(tái)上的觀天人員,結(jié)果是儀器上、天上所現(xiàn)完全相符。
張衡先用竹篾制成一個(gè)模型,名曰“小渾”,進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)和校正,然后才鑄作大儀。渾天儀是張衡血汗的結(jié)晶。他接著寫(xiě)了《渾天儀圖注》和《漏水轉(zhuǎn)渾天儀注》兩本說(shuō)明書(shū),又撰成《靈憲》一部,繪制《靈憲圖》一份。
早在南北朝時(shí),北齊信都芳撰《器準(zhǔn)》,隋初臨孝恭作《地動(dòng)銅儀經(jīng)》,都對(duì)地動(dòng)儀有所記述,并傳有它的圖式和制作方法。王振鐸根據(jù)前人的猜測(cè),討論了地動(dòng)儀內(nèi)部可能有的各種結(jié)構(gòu),最后推斷都柱的工作原理與近代地震儀中倒立式震擺相仿。具體說(shuō)來(lái),都柱就是倒立于儀體中央的一根銅柱,八道圍繞都柱架設(shè)。都柱豎直站立,重心高,一有地動(dòng),就失去平衡,倒入八道中的一道。八道中裝有杠桿,叫做牙機(jī)。杠桿穿過(guò)儀體,連接龍頭上頜。都柱傾入道中以后,推動(dòng)杠桿,使龍頭上頜抬起,將銅丸吐出,起到報(bào)警作用。地動(dòng)儀用精銅制成,圓經(jīng)八尺,合蓋隆起,形似酒樽。表面作金黃色,上部鑄有八條金龍,分別伏在東、西、南、北及東北、東南、西北、西南八個(gè)方向。龍倒伏,龍首向下,龍嘴各銜一顆小銅球,與地上仰蹲張嘴的蟾蜍相對(duì)。地動(dòng)儀空腔中央,立一根銅柱,上粗下細(xì)。銅柱周圍有八根橫桿,稱為“八道”,各與一龍頭相連。銅柱是震擺裝置,八道用來(lái)控制和傳導(dǎo)銅柱運(yùn)動(dòng)的方向。在地動(dòng)儀受到地震波沖擊時(shí),銅柱就倒向發(fā)生地震的方向,推動(dòng)同一方向的橫桿和龍頭,使龍嘴張開(kāi),銅球下落到蟾蜍嘴中,并發(fā)出響聲,以提示人們注意發(fā)生了地震及地震的時(shí)間和方向。一顆珠子放在平臺(tái)上,如果將哪方稍微往下一按,珠于就向哪方滾動(dòng)。又如我們點(diǎn)亮一支蠟燭,將它放在一張不平的桌子上,它總會(huì)向低的一方倒。地動(dòng)儀就是根據(jù)這些簡(jiǎn)單的原理設(shè)計(jì)的。地動(dòng)可以傳到很遠(yuǎn)的地方,只不過(guò)太遠(yuǎn)了人就感覺(jué)不到了,但地動(dòng)儀能準(zhǔn)確地測(cè)到。但是中國(guó)科學(xué)家認(rèn)定地動(dòng)儀的工作原理應(yīng)該是“懸垂擺原理”,即地動(dòng)儀是利用了一根懸掛柱體的慣性來(lái)驗(yàn)震的,而非當(dāng)在儀器底部簡(jiǎn)單地豎立一根直立桿。
付爍說(shuō):“那這個(gè)水動(dòng)儀是怎么做的?”
董趨看看它的結(jié)構(gòu),說(shuō):“將水流中的水滴放大,考慮它的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài),與周圍水滴的相互作用。”
水對(duì)應(yīng)八卦里的坎卦。水動(dòng)儀上面還刻有坎卦的圖形。
有一個(gè)斜坡,用來(lái)模擬水滴的下落。斜坡的角度和長(zhǎng)度可以根據(jù)需要自行調(diào)整。
在斜坡的頂部安裝一個(gè)水滴模型,可以使用一個(gè)小球或者一個(gè)圓形的物體來(lái)代表水滴??梢詫⑺文P凸潭ㄔ谝粋€(gè)支架上,以確保它在斜坡上的位置穩(wěn)定。
在斜坡的底部設(shè)置一個(gè)接收器,用來(lái)接收水滴。接收器是一個(gè)容器或者一個(gè)漏斗,以便于收集水滴。
在斜坡上設(shè)置一個(gè)機(jī)械裝置,用來(lái)模擬水滴的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到的東西。使用一個(gè)小輪或者一個(gè)擺動(dòng)的桿子。調(diào)整機(jī)械裝置的位置和角度,以使它與水滴模型的運(yùn)動(dòng)軌跡相符合??梢酝ㄟ^(guò)不斷調(diào)整軌道、小輪、桿子等機(jī)械裝置的位置和角度,來(lái)模擬不同的水滴運(yùn)動(dòng)過(guò)程。
開(kāi)始模擬水滴的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,將水滴模型從斜坡的頂部釋放,觀察水滴在斜坡上的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,以及機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。記錄下水滴運(yùn)動(dòng)的軌跡和時(shí)間,以便于后續(xù)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個(gè)。
可以用機(jī)械裝置模擬水滴的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,從而更好地理解水滴的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性。也可以用它來(lái)輔助研究水滴的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。