“接下來，我說一些無關(guān)歷史的儀器”，鄒學(xué)明笑著說，“讓你們知道我們機(jī)械設(shè)計可以用在方方面面，而且來源比較早。
最早在于新石器時代，人們打磨石頭和骨頭為己所用，后來慢慢擴(kuò)大范圍，陶器制造也屬于機(jī)械設(shè)計的開始，因為凡是能用的材料都可以用做機(jī)械設(shè)計。原始社會人類發(fā)展了杠桿原理，進(jìn)行長棍抬重物分擔(dān)總重力。
后來，許多遺址都有發(fā)現(xiàn)人類對球或圓形的便利性應(yīng)用，比如石料的運(yùn)送等。青銅器的出現(xiàn)讓機(jī)械設(shè)計面更廣了，量器可以分力等等。冷兵器時代隨著鐵的冶煉成功，青銅器不再僅限于儲存實物，也因為力的壓強(qiáng)可以切割實物，這在原始社會的新石器時代打磨工具時，就已經(jīng)用到。而青銅器的不耐高溫讓鐵更受歡迎，而硬度較大，所以越高級的將領(lǐng)的含鐵量越高。
隨著冶煉技術(shù)的提高，人們不再局限于青銅器，秦國一統(tǒng)天下，鐵制品的兵器被重新應(yīng)用，大量的鐵用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而少部分銅做為貨幣等流通于世。但是，還有部分青銅器被民間流傳。而將鐵用于耕地有利于機(jī)械生產(chǎn)，況且隨著金的出現(xiàn)，銅錢的地位也下降，普通民眾都可以接觸到銅。但是農(nóng)業(yè)的發(fā)展，讓生產(chǎn)力得到發(fā)展。
‘文景之治’時，休養(yǎng)生息政策讓農(nóng)業(yè)發(fā)展很快，灌溉技術(shù)有了發(fā)展。那就是流體力學(xué)的普遍應(yīng)用，人們不再靠天吃飯，學(xué)會改造環(huán)境，水車灌溉的作用是將動能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，再改變流體，變?yōu)閯幽?。從牛的地位可以看出鐵已經(jīng)在田地耕種中占有重要地位。鐵不再局限于君王和將領(lǐng)的兵器，而推廣于農(nóng)業(yè)。農(nóng)具的設(shè)計也是機(jī)械設(shè)計變得具體化，而墨家機(jī)關(guān)的傳承更是為機(jī)械設(shè)計增添了神秘色彩。
這里簡單說說阿峰沒說到，也涉及的天文領(lǐng)域。
地動儀是中國東漢時期的科學(xué)家張衡創(chuàng)造的傳世杰作。
張衡初造地動儀的時間不詳，復(fù)造于漢順帝陽嘉元年也就是公元132年，是世界上第一架地震儀，也是有史以來人類第一次運(yùn)用科學(xué)手段來測定地震方向的器具。
地動儀有八個方位，它們分別是東、南、西、北、東南、西南、東北、西北，每個方位上均有含龍珠的龍頭，在每個龍頭的下方都有一只蟾蜍與其對應(yīng)。任何一方如有地震發(fā)生，該方向龍口所含龍珠即落入蟾蜍口中，由此便可測出發(fā)生地震的方向。
張衡所處的漢朝東漢時代，地震比較頻繁。據(jù)《后漢書·五行志》記載，自鄧太后攝政的永初元年也就是公元107年，到漢安帝延光四年也就是公元125年，的十八年間，幾乎年年大地震。地震區(qū)有時大到四十二個郡國，引起地裂山崩、房屋倒塌、江河泛濫，造成了巨大的損失。張衡對地震有不少親身體驗。為了掌握全國地震動態(tài)，他經(jīng)過長年研究，終于在陽嘉元年也就是公元132年，發(fā)明了候風(fēng)地動儀──世界上第一架地震儀。當(dāng)時利用這架儀器成功地測報了西部地區(qū)發(fā)生的一次地震，引起全國的重視。這比起西方國家用儀器記錄地震的歷史早一千七百多年。
漢順帝陽嘉三年十一月壬寅也就是公元134年12月13日，地動儀的一個龍機(jī)突然發(fā)動，吐出了銅球，掉進(jìn)了那個蟾蜍的嘴里。當(dāng)時在京師也就是今洛陽，的人們卻絲毫沒有感覺到地震的跡象，于是有人開始議論紛紛，奇怪地動儀不靈驗。沒過幾天，隴西也就是今GS省天水地區(qū)，有人快馬來報，證實那里前幾天確實發(fā)生了地震，于是人們開始對張衡的高超技術(shù)極為信服。隴西距洛陽有一千多里，地動儀標(biāo)示無誤，說明它的測震靈敏度是比較高的。
但由于歷史久遠(yuǎn)張衡地動儀已經(jīng)失傳，沒有留下實物與圖樣只留下一些簡略的文字記載。
現(xiàn)代以來中外很多人為復(fù)原張衡地動儀做了很多努力，在歷史文獻(xiàn)中新發(fā)掘出了一些關(guān)于張衡和他的地動儀的文字記載。
南朝范曄也就是生于398年，死于公元445年)，根據(jù)前人撰述的幾十種有關(guān)后漢的歷史著作，編寫成《后漢書》。其中，《后漢書·張衡列傳》記載候風(fēng)地動儀共196字也就是說，‘陽嘉元年，復(fù)造候風(fēng)地動儀。以精銅鑄成，圓徑八尺，合蓋隆起，形似酒尊，飾以篆文山龜鳥獸之形。中有都柱，傍行八道，施關(guān)發(fā)機(jī)。外有八龍，首銜銅丸，下有蟾蜍，張口承之。其牙機(jī)巧制，皆隱在尊中，覆蓋周密無際。如有地動，尊則振龍機(jī)發(fā)吐丸，而蟾蜍銜之。振聲激揚(yáng)，伺者因此覺知。雖一龍發(fā)機(jī)，而七首不動，尋其方面，乃知震之所在。驗之以事，合契若神。自書典所記，未之有也。嘗一龍機(jī)發(fā)而地不覺動，京師學(xué)者咸怪其無征，后數(shù)日驛至，果地震隴西，于是皆服其妙。自此以后，乃令史官記地動所從方起?！?p> 晉袁宏生于公元328年，死于公元376年，的《后漢紀(jì)·順帝紀(jì)》記載候風(fēng)地動儀的話就是，‘衡作地動儀，以銅為器，圓徑八尺，形似酒樽，合蓋充隆，飾以山龜鳥獸。樽中有都柱，傍行八道，施關(guān)發(fā)機(jī)；外有八方兆龍，首銜銅丸，蟾蜍承之。其牙機(jī)巧制，皆隱樽中，張訖，覆之以蓋，周密無際，若一體焉。地動搖樽，所從來龍機(jī)發(fā)則吐丸，蟾蜍張口受之。丸聲震揚(yáng)，伺音覺知，即有龍機(jī)，其余七首不發(fā)，則知地震所起從來也。合契若神，自此之后，地動史官注記，記所從方起。來觀之者，莫不服其奇?！?p> 西晉司馬彪出生不詳，死于公元306年，在《續(xù)漢書》記載候風(fēng)地動儀的話是‘張衡性精微，有巧藝。作地動儀，以精銅鑄其器，圓徑八尺，形似傾樽；其蓋穹隆，飾以篆文；外有八龍，首銜銅丸，下有蟾蜍承之。其牙發(fā)機(jī)，皆隱在樽中，周密無際，如一體焉。地動機(jī)發(fā)，龍即吐丸，蟾蜍張口受丸，聲乃振揚(yáng)。司者覺知，即省龍機(jī)，其馀七首不發(fā)，則知地震所從起來也。合契若神，觀之莫不服其奇麗。自古所來，未嘗有也?！彩侨∽员彼蔚睦顣P所著《太平御覽·工藝部》。
對于三個記載候風(fēng)地動儀的史書，《后漢紀(jì)》比《后漢書》早約69年，《續(xù)漢書》比《后漢書》早約139年，從記載的原始性看，《續(xù)漢書》優(yōu)于《后漢紀(jì)》，《后漢紀(jì)》又優(yōu)于《后漢書》。
地動儀的最重要的作用是記錄地震，那么關(guān)于它的記錄有跡可循。
一些科技史著作聲稱，張衡在公元132年制造的‘候風(fēng)地動儀’能夠準(zhǔn)確記錄地震，比西方第一臺地震儀也就是由意大利人路吉·帕米里制造于1856年，早了1700多年。
主要原理是什么呢？請聽我說。
據(jù)學(xué)者們考證，張衡在當(dāng)時已經(jīng)利用了力學(xué)上的慣性原理，‘都柱’實際上起到的正是慣性擺的作用。同時張衡對地震波的傳播和方向性也一定有所了解，這些成就在當(dāng)時來說是十分了不起的，而歐洲直到公元1880年，才制成與此類似的儀器，比起張衡的發(fā)明足足晚了一千七百多年。關(guān)于地動儀的結(jié)構(gòu)，流行的有兩個版本，一個是王振鐸模型也就是公元1951年，即‘都柱’是一個類似倒置酒瓶狀的圓柱體，控制龍口的機(jī)關(guān)在‘都柱’周圍。這一種模型最近已被基本否定。另一種模型由地震局馮銳也就是公元2005年，提出，即‘都柱’是懸垂擺，擺下方有一個小球，球位于‘米’字形滑道交匯處，這就在即《后漢書·張衡傳》中所說的‘關(guān)’，地震時，‘都柱’撥動小球，小球擊發(fā)控制龍口的機(jī)關(guān)，使龍口張開。另外，馮銳模型還把蛤蟆由面向樽體改為背向樽體并充當(dāng)儀器的腳。該模型經(jīng)模擬測試，結(jié)果與歷史記載吻合。那么，地動儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)究竟什么樣子，有不少學(xué)者對此作過探討。早在南北朝時，北齊信都芳撰《器準(zhǔn)》，隋初臨孝恭作《地動銅儀經(jīng)》，都對之有所記述，并傳有它的圖式和制作方法。可惜的是唐代以后，二書均失傳。今人的研究則以王振鐸之說影響最大。王振鐸根據(jù)前人的猜測，討論了地動儀內(nèi)部可能有的各種結(jié)構(gòu)，最后推斷都柱的工作原理與近代地震儀中倒立式震擺相仿。具體說來，都柱就是倒立于儀體中央的一根銅柱，八道圍繞都柱架設(shè)。都柱豎直站立，重心高，一有地動，就失去平衡，倒入八道中的一道。八道中裝有杠桿，叫做牙機(jī)。杠桿穿過儀體，連接龍頭上頜。都柱傾入道中以后，推動杠桿，使龍頭上頜抬起，將銅丸吐出，起到報警作用。地動儀用精銅制成，圓經(jīng)八尺，合蓋隆起，形似酒樽。表面作金黃色，上部鑄有八條金龍，分別伏在東、西、南、北及東北、東南、西北、西南八個方向。龍倒伏，龍首向下，龍嘴各銜一顆小銅球，與地上仰蹲張嘴的蟾蜍相對。地動儀空腔中央，立一根銅柱，上粗下細(xì)。銅柱周圍有八根橫桿，稱為‘八道’，各與一龍頭相連。銅柱是震擺裝置，八道用來控制和傳導(dǎo)銅柱運(yùn)動的方向。在地動儀受到地震波沖擊時，銅柱就倒向發(fā)生地震的方向，推動同一方向的橫桿和龍頭，使龍嘴張開，銅球下落到蟾蜍嘴中，并發(fā)出響聲，以提示人們注意發(fā)生了地震及地震的時間和方向。一顆珠子放在平臺上，如果將哪方稍微往下一按，珠于就向哪方滾動。又如我們點亮一支蠟燭，將它放在一張不平的桌子上，它總會向低的一方倒。地動儀就是根據(jù)這些簡單的原理設(shè)計的。地動可以傳到很遠(yuǎn)的地方，只不過太遠(yuǎn)了人就感覺不到了，但地動儀能準(zhǔn)確地測到。但是中國科學(xué)家認(rèn)定地動儀的工作原理應(yīng)該是‘懸垂擺原理’，即地動儀是利用了一根懸掛柱體的慣性來驗震的，而非當(dāng)今歷史教科書所說的在儀器底部簡單地豎立一根直立桿。
至于地動儀的結(jié)構(gòu)模型，那就有說法了。
王振鐸的推斷得到了廣泛贊同。中國歷史博物館陳列的張衡地震儀模型，就是根據(jù)王振鐸的設(shè)計復(fù)原的。但是，也有學(xué)者提出不同意見。從文獻(xiàn)角度來看，漢代字書《釋名》解釋‘柱’，說‘柱，住也’，表明柱字原義是建筑中不動的支撐件。由此，倒立擺結(jié)構(gòu)不得稱‘柱’，只合稱錐?！肌羌傊x，說明不是孤柱，應(yīng)該還附帶八套機(jī)關(guān)，而立錐卻只能是光桿。這樣，僅由‘都柱’這一名稱來看，倒立擺之說也不能成立。地動儀的歷史資料，最著名的是《后漢書·張衡傳》中的記載，雖然只有196個字。早期的復(fù)原工作都是據(jù)此開展的。馮銳的課題組把資料的考證和利用擴(kuò)大到《續(xù)漢書》、《后漢紀(jì)》等古代文獻(xiàn)，但相關(guān)文獻(xiàn)的總字?jǐn)?shù)也不過231個。這些資料，使他們復(fù)原的史料根據(jù)更加充分。
后漢書記載為‘員徑八尺’?！畣T徑八尺’是有不同的解釋的。一段時期的主流解釋說，說了一句，員是通假字。員徑實際上是圓徑。就是如今說的圓的直徑。盡管這種解釋相當(dāng)流行，但是，在考古發(fā)現(xiàn)放置候風(fēng)地動儀的房基只有九尺寬以后，人們已經(jīng)不再認(rèn)為地動儀是一個龐然大物了。
員字的本意是周圍。員徑是周圍的一圈的意思。我們常常使用的‘幅員遼闊’這個詞就是這個含義。這樣一來，員徑八尺的地動儀實際是周圍八尺。可能暗合一尺一龍?？磥磉@八尺不是信手拈來的。如果唯有這個八數(shù)和八龍無關(guān)，其余的都和八龍相關(guān)，這真有些說不過去。八尺是記載中的數(shù)值，那個尺是當(dāng)時所使用的尺子。大概那時的一尺相當(dāng)于如今SI制的23厘米多一點。因此八尺大概折合當(dāng)今的59厘米的樣子。這是一個確切的基數(shù)。以下為原內(nèi)容。實為誤也。
‘圓徑八尺’，‘圓徑’是圓周長，不是圓半徑。圓周長八尺折合185公分，直徑為60公分。這樣大的儀器是合理的。首先，我國最早的數(shù)學(xué)書籍《周髀算經(jīng)》也就是約成書于公元前1世紀(jì)，記載圓周率是‘徑一周三’，三國時期，數(shù)學(xué)家劉徽認(rèn)為‘古之九數(shù)，圓周率三圓徑率一，其術(shù)疏舛?！褕A周率推算到3.1416，世界領(lǐng)先上千年。可見，現(xiàn)今和漢代對圓形各部術(shù)語不同，如今的圓周長當(dāng)時叫做‘圓徑’、圓半徑當(dāng)時叫做‘圓周’；其次，一般是先制作儀器，之后根據(jù)儀器大小建筑專用安置房間。1975年，HEN省考古隊在LY市南郊，發(fā)掘出土了一座搭建在山坡上的建筑。這就是建于東漢建武元年也就是公元25年，著名的靈臺。靈臺是古時帝王用來觀天象，占幸運(yùn)，卜吉兇的高臺建筑。經(jīng)資料考證‘張衡地動儀’也曾經(jīng)放置在這里，并進(jìn)行過地震觀測。該建筑室內(nèi)只有2.2米見方，地動儀若是半徑八尺換算一下是1.85米，放進(jìn)去就沒有活動余地了，顯然不合適，應(yīng)該另建更大的。若直徑是60公分，只占地面總面積的九分之一，還有很多空間，可放些配套設(shè)施，如計時刻漏等；再次，任何器具以用為本，在完成功能的前提下又利于制作和操作，體積盡量小，不是越大越好。地動儀直徑1.85米實無必要，而直徑是60公分，無論是制作、搬運(yùn)、安放、操作、觀察等都方便。
‘中有都柱’，指正中有都柱?！贾菍Ｓ妹~。當(dāng)時從西方傳入一種雜技叫‘都盧’，在張衡的《西京賦》里描寫西京熱鬧景象時就有‘都盧尋橦’，說的就是這種雜技，‘尋’是攀援，‘橦’是柱子，演員在柱子上攀援表演驚險動作。演員使用的柱子就叫‘都柱’。都柱有兩種，一種是上下端固定的，一種是上端固定下端游離，可自由擺動，后者表演難度更大。如今仍有該項目叫‘爬桿’。都盧是音譯，而都柱則是本地名稱。就像‘坦克’是外語音譯，而其各種部件如履帶、炮塔等，就用本國名稱了。測定地動必須有個相對不動的物體，動體和不動體之間產(chǎn)生壓力帶動儀器活動。張衡設(shè)計地動儀時一定由此出發(fā)尋找目標(biāo)，他在觀看都盧表演時受到啟發(fā)，或者進(jìn)一步做了實驗，晃動周圍立柱時懸吊的都柱相對不動。因此利用了都柱原理。
首先，就是都柱。候風(fēng)地動儀最主要的部分就是都柱。其結(jié)構(gòu)未知。僅從外形看應(yīng)該是一個柱子。這是毫無疑義的。關(guān)鍵是那個柱子如何候風(fēng)。當(dāng)它候到來風(fēng)之后又是如何知會關(guān)去發(fā)機(jī)的呢。把它僅僅想成一個粗大的柱子是不是太天真了。都字的一個解釋是‘天子所宮曰都?！梢岳斫鉃椤莻€誰都管的‘頭頭’住的地方叫都’。如果地動儀的主管是候風(fēng)‘君’，它住在那個地方是不是可以叫‘都’嗎?如果候風(fēng)君的宮殿是一個柱子的外型。把它叫‘都柱’應(yīng)該沒有不可以的地方。以前解釋都柱為‘大柱子，粗大的柱子’，這沒有什么不對的地方。都柱看上去確實又高又粗這里相對來說的。就像你看見某處的一個水塔或帶有除塵的大煙筒。你一定不會反對水塔里邊有提水的動力設(shè)備，不會反對煙筒里邊有除塵、降低有害氣體的凈化設(shè)備。這樣你也不會反對都柱里邊有候風(fēng)設(shè)備。又見‘宮曰都’之宮乃一統(tǒng)稱。故知都柱絕非一實芯吊柱也。都柱居中因‘中有都柱’。因此推知其里必有候風(fēng)設(shè)備。
其中，都，大也。天子所宮曰都。而柱，也是直立之木曰柱。引申凡直立著皆曰柱。如河中之山曰底柱。箏之支柱曰箏柱。那么宮，則是垣內(nèi)群室之總名。古者周垣之內(nèi)統(tǒng)名曰宮。然后中，也是不偏之謂中。口象四方，一豎界其中。央四方之中曰央。
由于地動儀只是記錄了地震的大致方向，而非記錄地震波，所以相當(dāng)于是驗震器，而非真正意義上的地震儀。張衡發(fā)明的地震儀開創(chuàng)了人類使用科學(xué)儀器測報地震的歷史。對此，長期以來中外科學(xué)家一直給予極高的評價。認(rèn)為它是利用慣性原理設(shè)計制成的，能探測地震波的主沖方向。在科學(xué)技術(shù)還很落后的2世紀(jì)初能做到這一點，是極其難能可貴的。它和國外類似的地震儀相比，早了1千多年。
近代的地震儀在公元1880年才制成，它的原理和張衡地動儀基本相似，但在時間上卻晚了1700多年。
中國第一個地震觀測臺是公元1930年由著名地震學(xué)家李善邦主持建立的，位置在BJ鷲峰。經(jīng)過半個多世紀(jì)的奮斗，中國地震臺由一個發(fā)展到幾百個，已擁有全國基本臺網(wǎng)，大地震速報臺網(wǎng)，都可以由地震儀記錄下來，并報送到中國地震局分析預(yù)報中心，使中國地震觀測技術(shù)處于世界前列。
第一臺真正意義上的地震儀由意大利科學(xué)家盧伊吉·帕爾米里于公元1855年發(fā)明，它具有復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。這臺機(jī)器使用裝滿水銀的圓管并且裝有電磁裝置。當(dāng)震動使水銀發(fā)生晃動時，電磁裝置會觸發(fā)一個內(nèi)設(shè)的記錄地殼移動的設(shè)備，粗略地顯示出地震發(fā)生的時間和強(qiáng)度。
第一臺精確的地震儀，于公元1880年由英國地理學(xué)家約翰·米爾恩在日本發(fā)明，他也被譽(yù)為‘地震儀之父’。在帝國大學(xué)的同事詹姆斯·尤因和托馬斯·格雷的幫助下，約翰·米爾恩發(fā)明出多種檢測地震波的裝置，其中一種是水平擺地震波檢測儀。這個精妙的裝置有一根加重的小棒，在受到震動作用時會移動一個有光縫也就是一個可以通過光線的細(xì)長縫的金屬板。金屬板的移動使得一束反射回來的光線穿過板上的光縫，同時穿過在這塊板下面的另外一個靜止的光縫，落到一張高度感光的紙上，光線隨后會將地震的移動‘記錄’下來。大部分地震儀仍然按照米爾恩和他助手的發(fā)明原理進(jìn)行設(shè)計。科學(xué)家將繼續(xù)通過研究地殼的移動和擺錘的擺動的關(guān)聯(lián)性來探測地球的震動。
公元1906年俄國王子鮑里斯·格里芩發(fā)明了第一臺電磁地震儀，在這臺機(jī)器的設(shè)計中，他利用了19世紀(jì)由英國物理學(xué)家邁克爾·法拉第提出的電磁感應(yīng)原理。法拉第的感應(yīng)原理認(rèn)為磁鐵磁力線密度的改變可以產(chǎn)生電荷。在此基礎(chǔ)上，格里芩制造出一種儀器，可以在感受到震動時將一個線圈穿過磁場，產(chǎn)生電流并將電流導(dǎo)入檢流計中，檢流計可以測量并直接記錄電流。電流隨后移動一面鏡子，如同米爾恩所制作的引導(dǎo)光線的金屬板一樣。這個電子裝置的優(yōu)點在于記錄器可以放置在實驗室里，而地震儀可以被安放在比較偏僻的的可能會發(fā)生地震的地點。
20世紀(jì)時，核能測試檢測系統(tǒng)的出現(xiàn)促進(jìn)了現(xiàn)代地震儀的發(fā)展。盡管地震會對人身和財產(chǎn)安全造成巨大損失，直到地下核爆炸的威脅促使世界性的地震監(jiān)測儀網(wǎng)絡(luò)也就是WWSSN，于公元1960年建立后，地震儀才被大規(guī)模地投入使用，在60多個國家共設(shè)立了120多臺地震儀。
發(fā)展于第二次世界大戰(zhàn)后，普雷斯·尤因地震儀使研究者能夠記錄長周期地震波，地震波在相對較慢的速度下傳遞很長時間。這種地震儀使用的擺與米爾恩模型中所使用的類似，不同的是使用一條有彈性的金屬線代替樞軸支撐加重的小棒以減少摩擦。戰(zhàn)后還對地震儀進(jìn)行了以下改進(jìn)，引進(jìn)自動計時器使計時更加準(zhǔn)確，使用獅子讀出器，可以將數(shù)據(jù)放入計算機(jī)中進(jìn)行分析等?，F(xiàn)代地震儀最重要的發(fā)展是應(yīng)用地震檢波器組合。這種組合，有些由幾百個地震儀組成，都連接到一個單獨(dú)的中心記錄器上。通過對不同地點產(chǎn)生的地震波圖的進(jìn)行比較，研究者可以確定震中位置。
記錄地震波的儀器稱為地震儀，它能客觀而及時地將地面的振動記錄下來。其基本原理是利用一件懸掛的重物的慣性，地震發(fā)生時地面振動而它保持不動。由地震儀記錄下來的震動是一條具有不同起伏幅度的曲線，稱為地震譜。曲線起伏幅度與地震波引起地面振動的振幅相應(yīng)，它標(biāo)志著地震的強(qiáng)烈程度。從地震譜可以清楚地辨別出各類震波的效應(yīng)。縱波與橫波到達(dá)同一地震臺的時間差，即時差與震中離地震臺的距離成正比，離震中越遠(yuǎn)，時差越大。由此規(guī)律即可求出震中離地震臺的距離，即震中距。值得注意的是，地震儀只能用于測量地震的強(qiáng)度、方向，并不能用于預(yù)測地震。
一般用于研究初次和二次震動，測量移動速度最快的地震波。這是因為這些地震波移動速度太快，短周期地震儀在不到一秒鐘的時間就能完成一次擺動；它同樣能夠放大記錄下來的地震波圖，使研究人員能夠看出地殼瞬間運(yùn)動的軌跡。
使用的擺錘一般需要20秒左右的時間完成一次擺動，可以用來測量跟隨在地殼初次和二次震動后的較緩慢的移動。地震檢測儀網(wǎng)絡(luò)使用的就是這種類型的工具。
記載的地動儀發(fā)機(jī)原理是施關(guān)發(fā)機(jī)。整個記載說中有都柱傍行八道施關(guān)發(fā)機(jī)。都柱在地動儀中心位置，它是內(nèi)部有結(jié)構(gòu)的柱子。所謂的候風(fēng)機(jī)件就在其中。牙機(jī)的延伸部分叫關(guān)，關(guān)注八道之內(nèi)與候風(fēng)部件接近。其之間的縫隙不足一毫米。地震波到來，侯風(fēng)部件擺動到關(guān)的位置推動關(guān)移動觸發(fā)牙機(jī)。產(chǎn)生機(jī)發(fā)吐丸的結(jié)果。這是其真正的工作原理。牙機(jī)可以做到這地震波波前到來時發(fā)機(jī)。理論上牙機(jī)的靈敏度可以做到一個幾何點。其它發(fā)機(jī)方式都不是候風(fēng)地動儀的。
以下說法不對。請注意對比閱讀。
地動儀中有一根倒立的、重心較高的長木椎，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，這和倒豎一個啤酒瓶相似。當(dāng)?shù)卣鸩▊鱽頃r，儀器的底座起始的運(yùn)動方向是指向震中，向相反方向的。由于本身的慣性作用，這時候木椎倒下的方向，就是指向震中的。木椎倒下觸發(fā)了這個方向的一個杠桿，杠桿帶動這個方向的一個龍頭，龍頭就釋放了口中的木珠，從而指示了震中的方向。
地動儀不能判定震中的距離和大小。
關(guān)于地動儀還有切身體會。我們知道，當(dāng)我們寫字的時候，筆在紙上移動，從而留下了痕跡。相反，如果我們保持筆不動而紙移動，我們也可以在紙上留下痕跡。這種原理可以用來記錄地震的波動情況。有些人會擔(dān)心，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，紙和筆都在動，如何可以精確的記錄地震的運(yùn)動情況呢？我們可以做一個小試驗。取一段長線也就是一米足矣，在線的一頭系上一個重物，用手拿住線的另一頭，將重物懸于空中，但是保持重物的低段剛好輕輕接觸地面，然后輕輕的前后左右的擺動拿著線的手，你會發(fā)現(xiàn)重物的低端幾乎不會移動。這其中的原理就是慣性。線一端已經(jīng)隨手的移動而移動，但是重物的一端由于慣性的作用，仍然保持在原處。也許移動的手會對重物的位置產(chǎn)生影響，這種影響已經(jīng)通過長長的線大大地削弱了。同樣的道理，如果，我們將紙放在下面，用一支可以書寫的筆代替重物，我們就可以記錄地震的波動情況了。
事實上，為了記錄更精確，平鋪的紙可以用一個隨著輪子轉(zhuǎn)動的紙圈代替，這樣，當(dāng)?shù)卣饹]有發(fā)生的時候，筆會在紙上留下一條直線，當(dāng)?shù)孛姘l(fā)生于此垂直的波動時，就會在紙上留下波浪狀的記錄。但是，問題是，無法記錄與直線同方向的波動。但是，多個不同方向的設(shè)備可以削弱這些不利情況。隨著科學(xué)發(fā)著，這些問題已得到解決。
那么，地震儀是如何工作的呢？最粗糙的測試地震的方法是將不同高度的小圓柱體放在一個水平的平面上，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，這些圓柱體會倒下。不同程度的地震會導(dǎo)致不同穩(wěn)定性的圓柱體倒下。也就是說，當(dāng)?shù)卣鸩粡?qiáng)烈時，僅僅那些最不穩(wěn)定的圓柱體倒下，而地震很強(qiáng)時，所有的圓柱體都會倒下。這只是簡單的一個測試地震的方法，無法精確的記錄地震的波動狀況。因此，這種測試工具需要進(jìn)一步改進(jìn)。
張衡通曉器械制造技術(shù)，尤其在天文、陰陽、歷算方面進(jìn)行有益的探索。經(jīng)過長期觀察，肯定了地球是圓的，提出了宇宙無限的觀點。從96年到125年間，中國境內(nèi)發(fā)生過23次地震。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生，人們求神饒恕時，科學(xué)家張衡卻在冷靜地思考，決心創(chuàng)造一種儀器，測知地震發(fā)生的方向，及時救災(zāi)。而后就發(fā)明了地動儀。
從上面所介紹的渾天儀候風(fēng)地動儀的構(gòu)造即可得知，張衡掌握了很高明的機(jī)械技術(shù)。他的朋友崔瑗在為他寫的墓碑中贊道，可以這么說，‘?dāng)?shù)術(shù)窮天地，制作侔造化?！耙痪涫堑浪麛?shù)學(xué)天文學(xué)知識之淵博，后一句則是贊他制造的各種器物之神奇。其實，神奇是由于他巧妙地運(yùn)用各種機(jī)械技術(shù)的結(jié)果。傳說他當(dāng)時還制做過兩件神奇的器物。一件是有三個輪子的機(jī)械，可以自轉(zhuǎn)；一件是一只木雕，能在天上飛翔。
關(guān)于木雕，《墨子·魯問》就有記載：‘公輸子削竹木以為鵲。成而飛之，三日不下。’《列子·湯問》和《韓非子·外儲說》都記載說，墨子本人也造過能飛的木鳶。這些木鵲或木鳶大概是一種鳥狀的風(fēng)箏。不可能是其他裝有動力機(jī)的、如今日飛機(jī)之類的飛行器。因為當(dāng)時還不可能有連續(xù)運(yùn)行一日乃至三日之久的動力機(jī)。
那么，你覺得機(jī)械設(shè)計怎么樣，有沒有興趣多了解一下？”鄒學(xué)明好奇地詢問紀(jì)曉夫，然后接著說，“如果好奇，我可以帶你參觀一下我們的實驗室。真得很神奇，有興趣嗎？”