古代计算时间的工具有哪些?
日规
“标准手表”是一种通过计算日影长度来计时的工具。它由两部分组成:直立在地面上测量日影的基准或石柱叫表,南北放置测量日影的刚性平板叫表。时间也叫“时”,指的是太阳在地上留下的影子。时间这个词和标准有关系。标准表是确定中午日影的长短来确定节气和回归年或阳历年。在相当长的历史时期内,中国确定的回归年值的精度居世界首位。通过进一步的研究和计算,古代汉族学者还掌握了二十四节气标准表中的日影长度。这样,标准表不仅可以用来制定节日,还可以用来排出历书中未来的阳历年和二十四节气的日期,作为指导汉族劳动人民农业活动的重要依据。
日规
在该标准的基础上,人们发明了“日晷”,又称“日晷”。本义指太阳的影子或光线的投射来判断时间。日晷由指针和刻有线条的表盘组成。当太阳的方向改变时,指针在表盘上的投影指向不同的方向。古人根据长期观察,确立了十二时辰对应的日影位置,并以此判断时间。比如“正午3点”就是指日晷正午位置的第三刻度。这项发明已经被人类使用了几千年。
标准手表和日晷都是利用太阳计时的方法。但是下雨的时候怎么计时呢?古人发明了“漏刻”的方法。“漏雕”就是利用水平衡的原理,在壶中盛水,通过观察壶上刻有时间的尺子(称为雕箭)的位置来判断时间。“漏刻”法因不受天气气候影响,在中国长期广泛使用。中国古代也有机械计时器。宋代苏颂重建了张衡发明的水上浑仪,可以准确报时,显示十二时。
齐悦
它是一种类似日晷的工具,用来指示时间。最基本的日晷和日晷是一样的,只是时间只能在月圆之夜才能正确显示。因为每天月出的时间平均延迟48分钟,假设有足够的月光读取时间,那么满月后指示的时间每天平均会快48分钟。因此,满月前后的一周,日晷显示的时间会与实际时间相差5小时36分。更先进的日晷将包括一个图表,显示如何计算得到正确的时间,还有一个转盘来调整经度和纬度。
漏壶
又称“漏锅”。根据等时性原理,滴水时间有两种:一种是用专门的容器来记录漏水的时间(排水型),另一种是底部没有开口的容器来记录注满水需要多长时间(接收型)。早期的漏水大多是排水型的。漏水壶底侧漏水,格叉和关闭舌再次上升,使漂浮在漏水壶表面的漏水箭头随水面下降,漏水箭头上的刻度指示时间。后来创造了接水型。水以恒定的流速从漏水壶注入接收壶,接收壶水面上漂浮的漏水箭头随着水面的上升指示时间,提高了计时精度。
五轮沙漏
也被称为沙钟,它是一种测量时间的装置。因为冬天水容易结冰,所以被流沙带动。《史明田文志》记载,早期詹西元创制了“五轮沙漏”。后来周树学为了防止堵塞,把流沙洞扩大,改用六个轮子。宋濂(1310 ~ 1381)写的《宋集》中记载了沙漏结构,有零件的大小和减速齿轮各轮的齿数,并说第五轮的轴尖没有齿,但装有指示时间的景观盘。沙漏是通过一个装满沙子的玻璃球从上面通过一个狭窄的管道流入底部玻璃球所用的时间来测量时间的。一旦所有的沙子都流到底部的玻璃球,沙漏就可以倒过来测量时间。普通沙漏的标称运行时间为1分钟。
水运等高仪
在古代文献中,说洛是汉武帝时(公元前140 ~ 87)的浑仪,但没有提到它的结构。
《晋志》记载东汉张衡(公元78 ~ 139)制作浑仪,说是靠密室漏水带动,仪器所指示的星辰时间与天文观测结果一致。
《新唐书·天问志》详细记载了唐开元十三年(725)和梁灵赞由僧人一行设计的浑天仪。仪器装有两个轮子,分别是太阳和月亮,水车驱动大象。大象一天转一圈,太阳转1/365圈。该仪器还配备了两个木偶,分别击鼓雕刻。这是一座底部窄、宽度大的木结构建筑。
水载浑天仪是一种依靠水力使其运转,能模仿天体运行,能测量时间的仪器。这个浑天仪改进了汉代科学家张衡的设计,将水注入轮子,使其昼夜转动。除了星星的运动,它还可以显示太阳的升起和月亮的落下。当然比张衡的水运浑仪更精致复杂。所以在制作水载浑仪的时候,把它放在武成殿前,由文武百官观看。全部制作精美,北月测量和报时准确,令人印象深刻,称得上精彩。
特别是水载浑天仪上有两个木制的数字,由齿轮驱动。一个木像每时每刻自动敲鼓(古代一昼夜分一百刻),另一个木像每天早上自动敲钟(现在两小时)。当然,这两个木制人物应该说是古代利用机械原理制作的机器人。这是一个非常聪明的计时机器,是世界上最早的机械钟装置,也是现代机械钟的始祖。比公元1370年西方出现的柳条钟早了六个世纪,充分显示了中国古代劳动人民和科学家的聪明才智。
这种水载浑天仪虽然使用了一段时间,但由于铜铁的逐渐涩化,无法旋转而进入博物馆。然而,和尚一行和梁令赞却因获得天文钟的发明权而永载史册。英国著名科学技术史家李约瑟博士在《中国科学技术史》第四卷中说:蒙克斯和梁灵赞发明的平行联动装置,本质上是最早的机械钟,是所有擒纵机构的始祖,早于14世纪欧洲第一台机械钟;说西方的钟表装置是14世纪初在欧洲发明的,这是完全错误的。
水载浑天仪上刻着二十八夜,每天往轮子里注入一次水,与周日天体视运动一模一样。水载浑仪一半在水箱里,水箱上框如地,自然敲钟。整个水载浑天仪不仅能演示日月星辰的视运动,还能自动报时。有两个木头人,每时每刻敲鼓(古代一昼夜分为一百分钟=0.24小时=14,4分钟),每隔一小时(现在是两小时)敲钟。这是世界上最早将擒纵机构应用于计时,比外国编钟的出现早了600多年。一批人的成就已经超过了张衡。它也是最早会报时的机器人。
一群人用新做的黄道导航仪观测了太阳、月亮、黄道五颗星的运动,测量了一些恒星的赤道坐标和它们与黄道的相对位置。人们发现,这些星星的位置与汉代测量的位置有很大变化。
水运图像表
北宋元佑三年(1088)苏颂、韩公廉等人所作。邵生初年(1094 ~ 1097)他们写的《新器象要》,里面有几个总图和部件图。这个水运工具有三英尺多高,两英尺多宽。这是一座又窄又宽的木制建筑。平台下层有提水装置,由人力带动上轮和下轮(管车)将水提升到天河(受水池)注入天池(蓄水池)。台中的扁壶水位保持恒定,通过一定截面的水管向枢轴轮(水车)上的水壶排出恒定流量的水,推动枢轴轮。枢轴轮通过传动齿轮带动昼夜轮、大象和浑天仪。
水运仪图像平台中有一个复杂的齿轮传动系统。在枢轴轮的上方和周围有一个“天恒”装置——擒纵机构,这是世界计时机械史上一项伟大创造的延续,它把枢轴轮的连续转动变成了间歇转动。
枢轴轮上方和周围有一个“天衡”装置——擒纵机构。这是计时机械史上的一大创造。它将枢轴轮的连续旋转运动转变为间歇旋转运动。《新仪象法》中的“天恒”图,并没有显示枢轮和装在其上的水壶,书中的描述也只有寥寥数语:“枢轮直径一尺一尺,72根辐条种在一个轮毂上,作36个泛水,绑三个轮圈。每次洪水盛一壶,共三十六壶,每壶长一尺,宽五寸,深四寸。”在锅的侧面放上铁制的拨齿,以转移平衡,关闭舌头。“所以对水壶的结构,尤其是工作原理有不同的推测,其中一种采用了倾斜式水壶。当枢轴轮圆周上接受注水的水壶中的水少于一定重量时,左手锁挡住枢轴轮的辐条,使枢轴轮不能转动。当积水达到一定重量,支点重量(重锤)不足以平衡水壶的重力时,水壶围绕转轴向下倾斜。安装在锅侧的铁制拨齿压住栅叉和收舌下降,收舌通过顶杆带动杠杆,使顶门和左顶门锁抬起,枢轮可以转动。转动一个接水壶后,格叉和关闭舌再次上升,天窗和左天窗锁落下,枢轴轮的下一对辐条再次被挡住。右锁的作用是防止枢轴轮转动时反弹。天力和枢力是两个平衡力。天全用来平衡左天梭和天冠的部分重力,可以调节天恒机构的工作灵敏度。枢重是用来调整枢轮转动一对辐条时,即间歇运动的周期,水壶所需的水量,从而校正计时误差。
?湘转中
古代计时器,项传中,鲜为人知。据宋代学者薛所著《湘转钟》一书记载,湘转钟是公元12世纪中叶流行于中国的一种古代时计。在《帝判案》的传说中,也有描述唐代宫廷用香玺钟计时:香玺钟是一个梅花形的黄铜盘,盘内有五瓣梅花,每瓣梅花都包裹着一圈香。燃后根据香的燃烧程度计时,称为“五孕祥云”。
大量灯泄漏
1276年,元代著名科学家郭守敬创造了大漏灯。它是一种水力驱动的自动计时器,通过一个齿轮系和一个相当复杂的凸轮机构驱动木偶敲钟、刻鼓、响钹、响钹、响钹。因形似宫灯,置于故宫大明殿,故称大明殿漏灯。
此外,还有油灯钟、蜡烛钟等计时工具。17世纪后,西方引进了更为精密的钟表,人们逐渐放弃了原始的计时工具。在计时方法上,古人采用百刻法,即一昼夜分为一百刻,一刻约为14.4分。十二时辰计时发明于隋唐。西方钟表传入中国后,为适应24小时计时法,百刻制改为96刻制;一个小时是两个小时,一个小时是四个季度。
参考数据
知乎知乎[引用时间2018-3-8]