華夏古代計(jì)時(shí)器文化
計(jì)時(shí)器,是利用特定的原理來測量時(shí)間的裝置。人類社會(huì)在很久之前就有計(jì)時(shí)器的運(yùn)用了,有關(guān)鐘表的發(fā)展歷史,大致可以分為三個(gè)演變階段,那就是:一、從大型鐘向小型鐘演變。二、從小型鐘向袋表過渡。三、從袋表向腕表發(fā)展。每一階段的發(fā)展都是和當(dāng)時(shí)的技術(shù)發(fā)明分不開的。
中國擁有五千年文明史,歷史上稱為“華夏”。擁有發(fā)達(dá)的計(jì)時(shí)系統(tǒng)。中國古代計(jì)時(shí)器的創(chuàng)始時(shí)間不晚于戰(zhàn)國時(shí)代(公元前476~前222)。應(yīng)用機(jī)械原理設(shè)計(jì)的計(jì)時(shí)器主要有兩大類,一類利用流體力學(xué)計(jì)時(shí),有刻漏和后來出現(xiàn)的沙漏;一類采用機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)計(jì)時(shí),有渾天儀、水運(yùn)儀象臺(tái)等。此外,還有應(yīng)用天文原理(大都根據(jù)日影方向測定時(shí)間)計(jì)時(shí)的日晷,它也是中國最古老的計(jì)時(shí)器之一。
人類最早使用的計(jì)時(shí)儀器是利用太陽的射影長短和方向來判斷時(shí)間的。前者稱為圭表,用來測量日中時(shí)間、定四季和辨方位;后者稱為日晷,用來測量時(shí)間。二者統(tǒng)稱為太陽鐘。圭表等太陽鐘在陰天或夜間就失去效用。為此人們又發(fā)明了漏壺和沙漏、油燈鐘和蠟燭鐘等計(jì)時(shí)儀器。公元前1300~前1027年,中國殷商時(shí)期的甲骨文,已有使用圭表的記載。
中國古代應(yīng)用機(jī)械原理設(shè)計(jì)的計(jì)時(shí)器主要有兩大類,一類利用流體力學(xué)計(jì)時(shí),有刻漏和后來出現(xiàn)的沙漏;一類采用機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)計(jì)時(shí),有渾天儀、水運(yùn)儀象臺(tái)等。此外,還有應(yīng)用天文原理(大都根據(jù)日影方向測定時(shí)間)計(jì)時(shí)的日晷,它也是中國最古老的計(jì)時(shí)器之一。
圭表又稱,日晷,日規(guī)。圭表中的“表”是一根垂直立在地面的標(biāo)竿或石柱;“圭”是從表的跟腳上以水平位置伸向北方的一條石板。每當(dāng)太陽轉(zhuǎn)到正南方向的時(shí)候,表影就落在圭面上。量出表影的長度,就可以推算出冬至、夏至等各節(jié)氣的時(shí)刻。表影最長的時(shí)候,冬至到了;表影最短的時(shí)候,夏至來臨了。它是我國創(chuàng)制最古老、使用最熟悉的一種天文儀器。
刻漏又稱漏刻、漏壺。漏壺主要有泄水型和受水型兩類。早期的刻漏多為泄水型。水從漏壺底部側(cè)面流泄,格叉和關(guān)舌又上升,使浮在漏壺水面上的漏箭隨水面下降,由漏箭上的刻度指示時(shí)間。后來創(chuàng)造出受水型,水從漏壺以恒定的流量注入受水壺,浮在受水壺水面上的漏箭隨水面上升指示時(shí)間,提高了計(jì)時(shí)精度。
沙漏:因刻漏冬天水易結(jié)冰,故有改用流沙驅(qū)動(dòng)的。《明史·天文志》載明初詹希元?jiǎng)?chuàng)造了“五輪沙漏”。后來周述學(xué)加大了流沙孔,以防堵塞,改用六個(gè)輪子。宋濂(1310~1381)著《宋學(xué)士文集》記載了沙漏結(jié)構(gòu),有零件尺寸和減速齒輪各輪齒數(shù),并說第五輪的軸梢沒有齒,而裝有指示時(shí)間的測景盤。
渾天儀:古代文獻(xiàn)中有漢武帝時(shí)(公元前140~前87)洛下閎、鮮于妄人作渾天儀之說,但未提到它的結(jié)構(gòu)?!稌x書·天文志》記載東漢張衡 (公元78~139)制造渾天儀,說在密室中用漏水驅(qū)動(dòng),儀器指示的星辰出沒時(shí)間與天文觀察的結(jié)果相符?!?strong>新唐書·天文志》對(duì)唐開元十三年(725)僧一行和梁令瓚設(shè)計(jì)的渾天儀有較詳細(xì)的記述。儀器上分別裝有日、月兩個(gè)輪環(huán),用水輪驅(qū)動(dòng)渾象。渾象每天轉(zhuǎn)一周,日環(huán)轉(zhuǎn)1/365周,儀器還裝有兩個(gè)木偶,分別擊鼓報(bào)刻,是一座上狹下廣的木建筑。
水運(yùn)儀象臺(tái):為北宋元佑三年(1088)蘇頌、韓公廉等人所制。他們于紹圣(1094~1097)初年著《新儀象法要》,載有總圖和部件圖多幅。這臺(tái)水運(yùn)儀象臺(tái)高三丈五尺余, 寬二丈一尺,是一座上狹下廣的木建筑。臺(tái)的下層有提水裝置,由人力推動(dòng)河車,帶動(dòng)升水上輪和下輪(筒車),將水提到天河(受水槽),注入天池(蓄水池)。臺(tái)中平水壺保持水位恒定,并通過一定截面的水管向樞輪(水輪)上的受水壺流泄恒定流量的水,推動(dòng)樞輪。樞輪通過傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)晝夜機(jī)輪、渾象和渾儀。
大明燈漏:1276年,中國元代的郭守敬制成大明燈漏。它是利用水力驅(qū)動(dòng),通過齒輪系及相當(dāng)復(fù)雜的凸輪機(jī)構(gòu),帶動(dòng)木偶進(jìn)行“一刻鳴鐘、二刻鼓、三鉦、四鐃”的自動(dòng)報(bào)時(shí)。
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展以及全球貿(mào)易的發(fā)展,機(jī)械化的現(xiàn)代石英表已經(jīng)取代了古代的計(jì)時(shí)器,但是在一些歷史博物館中,它們依然是游客的“寵兒”,實(shí)驗(yàn)室中是科學(xué)家的“珍寶”。