高中语文 4.13《张衡传》张衡瑞轮素材 新人教版必修4-新人教版高中必修4语文素材.doc

张衡瑞轮荚更是一件前所未有的机械装置。所谓荚是一种神话中的植物。据说长在尧帝的居室阶下。随着新月的出现1天长1个荚到满月时长到15个荚。过了月圆之后就一天掉1个荚。这样数一数荚的荚数就可以知道今天是在一个朔望月中的哪一天和这天的月相了。这个神话曲折地反映了尧帝时天文历法的进步。张衡的机械装置就是在这个神话的启发下发明的。听谓“随月盈虚依历开落”其作用就相当于现今钟表中的日期显示。遗憾的是关于张衡浑天仪中的动力和传动装置的具体情况史书没有留下记载。张衡写的有关浑天仪的文章也只留存片断。这片断中也没有提及动力和传动装置问题。近几十年来人们曾运用现代机械科技知识对这个装置作了一些探讨。最初人们曾认为是由一个水轮带动一组齿轮系统构成。但因有记载明言浑天仪是“以漏水转之”而又有记载明言这漏水又是流入一把承水壶中以计量时间的。因此就不能把这漏水再用来推动原动水轮。所以原动水轮加齿轮传动系统的方案近年来受到了怀疑。最近有人提出了一种完全不同的设计。他们把漏壶中的浮子用绳索绕过天球极轴和一个平衡重锤相连。当漏壶受水时壶中水量增加浮子上升绳索另一头的平衡锤下降。这时绳索牵动天球极轴产生转动。此种结构比水轮带动齿轮系的结构较为合理。因为(i)张衡时代的齿轮构造尚相当粗糙难以满足张衡浑天仪的精度要求。(ii)这个齿轮系必含有相当数量的齿轮而齿轮越多带动齿轮旋转的动力就必须越大。漏壶细小缓慢的水流量就越难以驱动这个系统。(iii)更关键的是前面已提到的漏壶流水无法既推动仪器又用于显示时刻。而浮子控制的绳索传动就可避开上述三大困难。人们已就此设想做过小型的模拟实验。用一个直径为6.5厘米高3.5厘米的圆柱形浮子和一块27克重的平衡重锤就可通过绳索带动质量为1040克的旋转轴体作比较均匀的转动。其不均匀的跃动在一昼夜中不过数次且跃动范围多在2°以下这种误差在古代的条件下是可以允许的。因此看来浮子-平衡重锤-绳索系统比原动水轮-齿轮系统的合理性要大一些。不过张衡的仪器是个直径达1米以上的铜制大物。目前的小型实验尚不足以保证在张衡的仪器情况下也能成功还有待更进一步的条件极相近的模拟实验才能作出更可信的结论。不管张衡的动力和传动系统的实情究竟如何总之他是用一个机械系统来实现一种与自然界的天球旋转相同步的机械运动。这种作法本身在中国是史无前例的。由此开始我们诞生了一个制造水运仪象的传统它力图用机械运动来精确地反映天球的周日转动。而直到20世纪下半叶原子钟发明和采用之前一切机械钟表都是以地球自转亦即天球的周日转动为基础的。所以中国的水运仪象传统乃是后世机械钟表的肇始。诚然在公元前4世纪到公元前1世纪的希腊化时代西方也出现过一种浮子升降钟(anaphoricclock)它的结构和最近人们所设想的浮子-平衡锤-绳索系统浑天仪相仿不过其中所带动的不是一架天球仪而是一块平面星图。可是在随后的罗马时代和黑暗的中世纪浮子升降钟的传统完全中断而消失。所以中国的水运仪象传统对后世机械钟表的发展具有极其重要的意义。而这个传统的创始者张衡的功绩自然也是不可磨灭的。从当时人的描述来看张衡浑天仪能和自然界的天球的转动配合得丝丝入扣“皆如合符”可见浑天仪的转动速度的稳定性相当高。而浑天仪是以刻漏的运行为基础的。由此可以知道张衡的刻漏技术也很高明。