我國最古老的測量時間設備——漏刻

2020-12-23 物理佬初九

#物理#前段時間,初九到某家飯店吃東西,這家店菜單上寫著「點餐後30分鐘內上菜,超出時間免費吃」。這不點完餐我們都不自覺地拿起手機看了下時間,但此時服務員拿過來了一個沙漏,顯然就是用它來計時了。

沙漏,頓時都起了興趣,定眼盯著不斷流下的沙子,似乎我們忘記了超時免費這茬了。這種古人留下來的智慧結晶,伴隨著高科技的發展,已經逐漸被時代所遺忘了。

時間作為物理學最重要的基礎計量之一,無論是遠古時期還是科技發達的今天,都是科學研究和人類生活所需要的計量。如今身邊的計時器件隨處可見,如鐘錶等唾手可得,原子鐘等高精密度的計時儀器也早就發明應用。但在古時候人們為了能進行時間計量,做出了很多嘗試,也先後出現了不少時間計量的器件設備。

鐘錶

沙漏這個自不必多說它就是通過沙子流出到另一器皿所需要的時間來對時間進行測量的。還有「晷」則是通過觀察日影定時的古代時間測量儀器。今天我們就來聊聊另一個我國最古老的時間測量設備——漏刻。

漏刻,又名「銅壺滴漏」

據史書記載,西周就已經出現,到春秋時期廣泛運用,而發明的年代今已無從考證。「日出而作、日落而息」的規律作息習慣,使得古人最開始自然地就以最常見的自然現象作為測量時間的依據,而漏刻的出現使時間的測量可以是用人為發明的工具進行。

早期漏刻

早期漏刻

漏,是漏水的壺,藉助水漏出來的多少來計算時間流逝守時設備;刻,是刻箭,帶有刻度的標尺用來反映具體時間的報時設備。最早的漏刻是箭漏,它的組成是在壺裡插入有刻度的竹竿,在竹竿下面有隻船拖著,當有水流進壺裡時,由於受到浮力作用,託著杆的船就會上浮,不同水量壺口對著杆不同的刻度,就表示不同時刻。

早期漏刻結構原理

我們都知道,單位標準需要相同的時長,但是由於只是簡單的單壺的結構,當壺中液面下降時水滴的速度就會下降,這就造成了先快後慢的不均勻問題。

多級漏刻

後來,古人用自己的智慧進行了改進,就成了多級漏刻,也稱為複式漏刻。多級漏刻將壺增加到四個,從上到下依次階梯擺放,最上面的兩個壺是補償壺,其實就是為了保持第三個壺的液面恆定。此外,第三個壺還在固定液面之上再增加一個分水小壺,當上面兩壺流速快於第三壺時,分水壺可以進行分流,使液面保持恆定,這樣計時的精密度就得到很大的提升。

復級漏刻的結構原理

只要確定好起始時間,漏刻就得以正常的工作計時。漏刻也一直使用到清朝,直到鐘錶引入之後才被棄用。雖然與現在各類鐘表在使用方便性上相去甚遠,精準度也沒那麼高,但是,從其發明和設計,充分體現出了古代中國人掌握並利用自然規律的高超智慧。

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