1、科技與科學期末報告 題目:地動儀系級:資管二 B 學號: 91301109 姓名:鄭雅文地動儀的發明根據史書五行志記載,東漢時期中國發生地震的次數是比較多的,從西元 92 年到西元 139 年,京城洛陽等地便先後發生過二十次地震,其中六次是破壞性較大的地震,嚴重造成人民生命財產的損失。當時的太使令張衡,目睹地震後的慘狀,痛心不已。由於張衡對天文地理有多年觀察與研究的經驗,因而認為地震是一可以掌握的自然規律。為了掌握各地的震情,救民眾免於災難,也為了破除讖諱(迷信),他認為有必要製作一種儀器來觀測地震。在張衡孜孜不倦地探索研究下,根據易經八卦為原理,以及六年的艱苦努力之下,終於在西元 132 年
2、,發明了世界上第一臺測定地震方位的科學儀器地動儀。地動儀之結構分析地動儀外觀根據後漢書記載其儀體以精銅鑄成,圓徑八尺,合蓋隆起,形似酒樽。也就是說,地動儀是用純銅製成的,外形像一個大酒壺,直徑八尺,儀蓋中間有子隆起。儀器表面有鶴篆文以及山龜鳥獸等圖案雕飾。附於酒樽之外分別有八隻龍盤據,又稱為八道,頭下尾上,分別依東、南、西、北、東北、東南、西北、西南八個方向布列。每個龍首嘴裡含有一顆小銅丸,對應每隻龍嘴正下方蹲著張嘴昂首的蟾蜍。地動儀的內部結構雖已失傳,但根據後代的推測,儀器中有都柱,都柱為銅質,上粗下細,動如鐘擺,柱旁有八條通道連接發動機關,稱為牙機,牙機與龍口有連動設計。當地震波傳到時,都
3、柱傾斜,觸動發生地震方向的龍首張嘴,銅丸就會落下,噹啷一聲掉到下方的蟾蜍嘴裡,其他龍珠仍被咬住固定,如此人們便可知道哪個方向發生地震。以下略述地動儀主要機件:都柱:儀器最敏感的神經位置八道:連結八個方向的龍頭東、南、西、北、 東北、東南、西北、西南 龍首:當某一方向發生地震發生時,銅丸會由此 一方向之龍頭掉出蟾蜍:接住由龍口掉落的銅丸儀蓋:由此打開儀器,方便檢修儀器儀體:由青銅所製作,為地動儀的主體銅丸:由龍口吐出,掉至蟾蜍口中會發出噹啷聲響牙機:牙機震動時會使龍口吐出銅丸 地動儀運作的原理張衡的地動儀基本上是由兩部分組成:一部分是表達慣性運動的擺(都柱),另一部分是設在都柱的周圍與儀體相接聯
4、的八個方向的八組槓桿機械,兩者都裝置在一座密閉的銅儀中。都柱是我國古代建築中心柱的名稱,張衡地動儀中的都柱,就是沿用這個定義。由此可知,張衡是受到地震災害中房倒屋塌的啟示,利用不穩定平衡的原理,在儀器中央安裝一根在靜止狀態下能夠直立的柱,如果發生了地震,由於地震波的震動,使都柱產生位移,平衡遭受破壞,就要傾倒下去。由於地震波的縱波轉播較快而走在前邊,而且又從大地內部傳來,所以都柱的基部首先受到縱波的推力而產生和震源方向相對的位移。但在都柱的頂部,還保持在原來的位置。因而造成都柱向震源方向的傾斜狀態,於是就重心偏移,平衡遭受坡壞,都柱便向震源的方向倒下去。都柱傾倒靈敏度的高低差別,取決於都柱的高
5、和底面直徑的比值的大小。此外,以都柱為中心而設置的八組槓桿機械,其用途是在地震時,擺由於本身慣性而與儀體發生相對的位移,失去平衡而傾斜,推開一組槓桿,使這組槓桿與儀體外部相連的龍頭吐出銅丸,落入蟾蜍口中,通過擊落的聲響和落丸的方位來報告地震和記錄地震的方向。地動儀的準確性從歷史上的記載來看,張衡的地動儀是頗為靈敏的。張衡的地動儀製作成功後,曾安裝在京師洛陽,幾次地震的方位都相當準確。據記載,西元 138 年的某一天,儀器中有一個龍頭機件發動,銅球又落下來,但是當地的人並沒有地震的感覺,於是京師的官僚、學者們議論紛紛,責怪地動儀不靈驗。過了幾天,隴西果然送來了報告,說那裡發生了地震,於是,大家都
6、承認這個儀器非常神妙。從洛陽人沒有震感的情況來分析,地動儀可以測出的最低震級為三級左右,在當時的技術條件下,這是一個十分了不起的成就。從此,我國開始了遠距離測量地震的歷史。地震的成因自古以來世界各地都有不同傳說。而地震發生的原因包括:1, 斷層錯動2,火山活動3,隕石撞擊4,山崩5,地下核爆及其它人為因素地震測量工具的發展觀測地震的儀器,稱為地震儀。現代使用的地震儀,是在本世紀發明的,經過數十年不斷的改進,種類越來越多,性能也越來越精良。設備完善的地震測站有許多種儀器,有大森式地震儀、強震加速度地震儀、威克式地震儀、簡單式地震儀、長週期地震儀及電磁式地震儀等。地震後造成的地形變動可利用太空觀測
7、技術,以衛星合成干涉影像(InSAR)法來觀測,可以呈現出研究區域全面性的地殼變形型態,可彌補點狀 GPS 衛星觀測之不足。但是InSAR 容易受植被影響,精確度亦稍差。現代地震測量儀器現代地震儀必須具備三個組件,即感震器、記錄器和計時器,因此它可以將地振動從頭到尾完整的記錄下來,供分析研究之用。現代地震儀的種類主要有四種:1, 長週期地震儀:若距離遠、高頻震波衰減快,則必須架設長週期地震儀,此型地震儀適用於大範圍的觀測。2, 短週期地震儀:因為其倍率與靈敏度較高,適合裝設在區域網的觀測站上;可紀錄區域網內規模在 1,0 以上的所有地震,包括發震時間、震央位置、震源深度與地震規模等。3, 強震
8、儀:一種反應地動加速度的地震儀,使用觸發式紀錄,其觸發點為地動加速度 3,92gal,記錄的強震絕大部分的規模都在 4 以上。強震儀也可接收衛星發出之訊號。4,寬頻地震儀:可以偵測到較寬的頻率範圍,在價格上也比較貴。現在主要是架設在學術機構提供研究之用。地震紀錄的方式地震的記錄方式,隨著科技的發展,呈現多種風貌。以下是常見的幾種:1,地震儀 量測地震的基本原理,是利用懸掛重錘的慣性,重錘懸空,在地震時,地面上的一切東西都隨之運動,只有地震儀的重錘並不移動,於是地面與重錘間出現相對運動。把這相對運動記錄下來,就是地震波的紀錄。2,PGA 分布歷時動態圖 記錄地震在某地區發生的經過,以及地震波的傳
9、遞情形。3,地表永久變形分佈圖藉由衛星獲得地面影像資料。近年來快速發展的全球衛星定位系統(GPS),已成為地殼變形與地體動力學研究的利器。在不同地點同時接收 GPS 衛星發出的電碼與載波相位訊號,可精確地定出各測點的相對位置。GPS系統亦可應用於連續觀測地殼變形,提供孕震過程與震源力學研究的重要資訊。4,空拍圖 航照判讀為最有效的辨認地表型態特徵的方法,從新舊航照立體圖中找出可能有活斷層存在的地形特徵,並將結果標示於照片及地形圖上,依此特徵可分析活斷層的確實度。當航照技術普遍發達後,世界各先進國家早已注意此項應用技術,日本、美國、紐西蘭等均有豐碩的成果。地震測報系統將許多觀測站連結形成地震網,
10、可用在地震發生第一時間,得到地震資料,並利用電波傳遞比震波傳遞時間快的原理,發布地震警報,爭取逃生時間。由即時地震監測站所記錄的數位信號,經由數據專線回傳到地震中心進行各項分析;透過數位接收器分別留下連續紀錄與經過數值選取的觸發式紀錄,前者可對後者做確定。這些紀錄資料經由通信系統及網際網路,可提供給研究機構或救災單位,甚至一般民眾最新的地震消息,達到防災、救災的功效。對某些重要公共設施如捷運系統、高速鐵路等,發布地震警報可以使其能有所因應,以降低震災。個人心得:地震自古以來就對人類的影響很大,不過古老的先人就已經發明出能預測地震的儀器,其中最具代表性的就屬於地動儀了,由先人發明的地動儀開始了觀察地震的歷史,對以後預測地震的科技有很大的貢獻,從地動儀進而演進到現在進步且精密的儀器,靠著先人的智慧,我們慢慢了解地震,不過可惜的是,至今還沒有辦法能百分之百的預防地震,921 事件也讓我們了解地震的恐怖,雖說目前無法完全準確的預測地震的發生,但我們可以朝向防震的建築學領域研究,讓那些無可避免的自然現象所帶來的破壞藉由科技技術降最低。參考文獻:http:/203,71,9,5/chinascience/star,html