沙漏裡的沙子是怎麼放進去的,多年的疑惑被解開了!

2021-01-07 製造原理

今年有一部評價很好的古裝電視劇,主要就是講十二個時辰,也就是二十四小時內發生的事情,所以在劇中經常可以看到各種關於計時和報時的畫面,其實古代除了時辰以外還有各種各樣的計時單位,比如說一刻,一炷香,一盞茶,幾更天等等的說法。

古代最常用的計時儀器主要有這幾種,利用太陽投射的影子來測定時間的裝置,也就是我們都很熟悉的日晷。

還有就是利用火來焚香計時的方法,在影視劇中出現的龍舟香漏就是這種方法,它的原理就是靠香燃燒一節後燒斷線條,讓金屬球掉落而自動報時的。

除了這兩種計時方法外,還有利用水流動的多少來計時,這就是漏刻或者又叫漏壺,其實這種計時儀器與我們現在都還在使用的沙漏非常相似。

沙漏是通過充滿沙子的玻璃球,從一端流向另一端來對時間進行測量的裝置,通常內部會裝一定量的細沙,讓一個玻璃球內的細沙通過狹窄的管道緩慢地流到另一個玻璃球內,所需用的時間來測量時間,將沙漏顛倒還可以繼續測量時間,沙漏中沙子的多少和通道的大小決定了測量時間的長短。

沙漏的發展歷史

據說沙漏最早出現在12世紀,用於夜間航海使用,因為白天可以通過觀察太陽來計算時間,而晚上就只能通過沙漏來計算時間。

而最早關於沙漏的記載是1338年在義大利的一幅壁畫上被發現的。

到了15世紀沙漏開始廣泛使用,市場上已有沙漏在銷售,主要用於海上航行,工業和烹飪等行業中。

中國在1360年的元朝,也製造出了利用流沙來計時的裝置,它是依靠流沙來驅動齒輪轉動在刻度盤上顯示時間,這種裝置較複雜也就會造成計時並不準確。

漏刻/漏壺

在中國歷史上也會使用沙漏來計時,但是使用時間最長,應用範圍最廣的計時裝置還是漏刻,它跟沙漏有相同之處,都是根據物體勻速下落的方式來記錄時間的。

最早的漏刻是一種看起來像桶的容器,古人就是用它來計算時間的,人們將水注入其中,按照水從壺嘴漏出的多少來計算時間。

在使用漏壺時,要先在漏壺中插入一根帶有刻度的標杆,這根標杆也被叫箭,當水流出或流入壺中時,箭杆就會隨水位的變化而上升或下沉,以壺口處箭杆上的刻度指示時間,但是這種計算時間的方法會受到水淺或水滿影響水流出的速度,因此無法精確的計算時間,所以只能將其作為粗略計算時間的一種工具。

為了解決這個問題,古人又研發出多級漏刻裝置,所謂的多級漏刻裝置就是一次使用多隻漏壺,將它們上下依次串聯成一組,每隻漏壺都依次向下一隻漏壺中滴水,這樣就能保證下端水壺內的水位基本保持恆定,那麼最下面那隻水壺的滴水速度也就能保持均勻,這樣測出來的時間也就更加精確了。

沙漏的製造過程

首先要從做沙開始,天然沙由於並不是圓的光滑度並不好,所以並不適合做沙漏,現在市場上的沙漏普遍使用微粒玻璃珠,如果要做出計時非常準確的沙漏,使用的是一種被稱為矽酸的乾燥劑。

將其放入鍋中用火加熱將多餘的水分蒸發掉,使其沙中只有20%的含水量,如果太過乾燥沙容易粘在玻璃壁上。

將玻璃管切成沙漏的尺寸,切割後的每根玻璃管就是沙漏的原型。

用高溫來加工沙漏的形狀,溫度非常重要首先用到低溫來將玻璃管加熱,將軟化後的玻璃管從兩側拉開,做出沙漏中間狹窄的管道,管道的大小要全靠工人的經驗。

接下裡就是做沙漏的底,為了讓玻璃自己立起來,要從玻璃管的末端做出底部,將玻璃管末端加熱後用小鉗子一邊轉一邊壓,一直壓到做出瓶沿為止,最後將玻璃末端全部封住。

還有的沙漏上下兩部分是圓形的玻璃球,這是通過對玻璃高溫加熱後讓其軟化,靠人工吹制加工而成的。

接下來就是對要密封的玻璃管內裝沙,配合時間來調節沙的用量,重複多次以正確的測出沙的量。

對放入沙的玻璃管另一端加上底,同樣用高溫和鉗子做出瓶沿並封口。

就這樣一個完整的沙漏就完成了。

現在沙漏不再是重要的計時工具,人們還是很喜歡這種有著悠久歷史的計時工具,也製造出很多不一樣的沙漏。

世界上最大的沙漏出現在日本,這個沙漏體型巨大,高5米,直徑1米,內部能夠容納1噸重量的沙子,它計時長度就是365天,也就是沙漏裡面的沙子漏完剛好就是1年,這個巨大的沙漏也被列入了世界基尼斯記錄中。

而最貴的沙漏就是這款由蘋果設計師所打造的,內部裝有130萬顆小銅球,剛好計時10分鐘,雖然看起來與普通的沙漏沒有太大的區別,主要是內部的物質並不是沙子,而是納米球,這是一種抗腐蝕無縫球,外表面還有銅塗層,這些小球都是在真空環境中被裝入沙漏的,它還是一款限量版產品只有100個,價格自然不低售價12000美元,這個價格也完美詮釋了「時間就是金錢」的道理。

現在隨著手機,電腦等計時工具的增多,沙漏也不再只是計時工具被賦予了更多的意義,如在書桌上擺放沙漏不但作為裝飾,更是提醒自己時間的流逝無法挽留,要珍惜當下寶貴的時間,還有相互之間贈送沙漏象徵著愛情和珍貴的友誼,通過沙漏還可以表達對彼此的祝福。

文中Gif截取自Youtube《國寶檔案》 20121001 古代科技——元代銅壺滴漏》《Hourglass Lampworking - Glass Blowing Techniques》《Introducing_ The Marc Newson Hourglass For HODINKEE》文中圖片截取自《時間有可能測不準?沙漏有何原理?隱藏在沙漏中的物理學奧秘》

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