100 великих технических достижений древности - Анатолий Сергеевич Бернацкий
Древний сейсмограф
Землетрясения! Для людей, проживающих в активных сейсмических зонах, это слово ассоциируется с многочисленными разрушениями и человеческими жертвами. Иначе говоря, землетрясение – это различные по силе подземные толчки и колебания земной поверхности, отражающие процесс геологического преобразования планеты.
И это явление имеет довольно широкое распространение. Так, ежегодно регистрируется более миллиона землетрясений. Причем увеличение количества пунктов наблюдений и совершенствование приборов для контроля сейсмических колебаний показывает, что каждое десятилетие становится больше землетрясений. Если в начале минувшего столетия фиксировалось примерно 40 землетрясений магнитудой 7 и выше баллов, то к XXI веку количество таких событий оценивалось приблизительно в 4000 случаев за десятилетие.
Но, как показывает мировая статистика, именно для Китая землетрясения всегда были тяжелейшими бедствиями. Исторические хроники подробно рассказывают об этих катастрофах, среди которых было немало поистине ужасных по своим последствиям. Например, великая катастрофа 2 февраля 1556 года унесла жизни более 800 тысяч китайцев. То есть, по сути, у китайцев были весьма веские причины изобрести сейсмограф. И они это сделали.
В начале II века н. э. придворный астроном и выдающийся картограф, математик, поэт, художник и изобретатель Чжан Хэн предложил императорскому двору уникальное устройство, которое он назвал «флюгер, предвещающий землетрясения». Чжан Хэн утверждал, что его прибор мог определять место землетрясения на расстоянии. Это и был сейсмограф.
Его механизм находился в бочковидном футляре. В верхней его части были установлены восемь голов драконов, в пастях которых размещались бронзовые шары. И когда начиналось землетрясение, шар из пасти дракона падал в открытый рот бронзовой лягушки, которая находилась внизу. Резкий звук от удара свидетельствовал о подземном толчке, происшедшем в месте, противоположном падению шара. Например, если шар выпал из пасти мифической рептилии с западной части прибора, значит, беды нужно было ждать на востоке…
В первое время придворные отнеслись с явным недоверием к изобретению Чжан Хэна. И только случай помог рассеять их скептицизм. А произошло следующее: «Однажды один из драконов уронил шар из пасти, хотя подземного толчка никто не почувствовал. Ученые в столице были удивлены этим. Однако через несколько дней прибыл гонец и привез вести о землетрясении в Лунси (это в 400 милях к северо-западу от столицы). После этого все признали волшебную силу механизма. И в обязанности служащих Управления по астрономии и летосчислению вменялась регистрация места землетрясения».
А все-таки как же работал древний сейсмограф? В большинстве старинных хроник отмечается, что внутри прибора находилась «центральная колонна, которая перемещалась по восьми направляющим пазам и управляла закрывающим и открывающим механизмом». И хотя в наше время исследователи называли различные варианты, но в целом они пришли к общему выводу, что «центральная колонна» – эта главный элемент механизма. И, скорее всего, она представляла собой подвижный маятник с тяжелой чашкой сверху, которая реагировала на ударные волны, распространявшиеся от очага землетрясения. Естественно, максимальные удары маятника приходились вдоль азимута на очаг землетрясения. По шарикам, обнаруживаемым в лягушках, определялось направление, откуда пришли волны землетрясения.
Сейсмоскоп Чжан Хэна
Кстати, древний китайский сейсмограф – это не только научное изобретение, но одновременно и философский, и художественный артефакт. Так, драконы и лягушки в его конструкции являются символом времени. Соответственно, драконы – это Инь, а лягушки – Ян. А взаимодействие между ними символизирует равновесие между «верхом» и «низом». Таким образом, Чжан Хэн не забыл в свое изобретение внести традиционные верования.
Несмотря на то что со времени изобретения Чжан Хэном сейсмографа прошли многие сотни лет, однако китайские и зарубежные специалисты, которые исследовали труды Чжан Хэна, смогли воссоздать его изобретение. А испытания подтвердили, что сейсмограф древнего китайца в состоянии зафиксировать землетрясение с точностью, которая почти не уступает современному оборудованию.
Так, в 1939 году Имамура Акитсуна из Токийского университета сделал модель, которая работала следующим образом: ударная волна, возникшая при подземном толчке, приводила в движение маятник, наклоняя его так, что острие в верхней части могло войти в любой из восьми пазов, окружавших модель. В них, в свою очередь, располагались скользящие устройства, ведущие в пасти драконов. Когда острие заходило в один из пазов, из него выталкивалось скользящее устройство, которое выпихивало шар из пасти дракона.
Первые часы
Время человек стал измерять давно – вероятно, на заре своей истории. Скорее всего, сначала в качестве своеобразных средств измерения времени служили природные явления, периодически повторявшиеся: например, времена года, сутки, подразделявшиеся на утро, день, полдень, вечер и ночь. Постепенно способы измерения времени совершенствовались. Так, люди стали подсчитывать количество прошедших суток. Для этих целей стали применять бечевки или ремешки с узелками или дощечки с зарубками. Делая такие метки, человек мог подсчитать количество минувших суток или суток до какого-либо ожидаемого события.
Именно смена дня и ночи, или сутки, издревле являлась единицей измерения сравнительно небольших интервалов времени. А приблизительно 4000 лет назад египтяне изобрели звездные часовые карты, пользуясь которыми можно было определить время ночью, наблюдая за подъемом звезд.
А положение Солнца на небосводе служило той часовой стрелкой, с помощью которой люди определяли время в светлый период суток. И как раз-то движение Солнца подтолкнуло творческий ум человека к изобретению солнечных часов, которые появились около 5000 лет назад. В Древней Греции они получили название «гномон».
Принцип их работы основан на перемещении тени от неподвижного вертикального предмета в течение дня. Тень в этом случае выполняет функцию стрелки, которая указывает на определенные деления на циферблате, обозначающими время суток. Перемещение же стрелки-тени соответствует суточному вращению Земли.
Первые солнечные часы являлись довольно сложными архитектурными сооружениями в форме высоких обелисков, находившихся в центре полукружия из каменных столбов, которые являлись указателями времени.
Но постепенно гномоны становились более совершенными. Они стали значительно меньших размеров, получили штриховую шкалу. Появились даже карманные солнечные часы.
Римляне, в свою очередь, усовершенствовали этот вид измерителя времени и даже сконструировали переносные солнечные часы, удобные для путешествий.
Но поскольку солнечные часы невозможно было использовать в пасмурный день или в ночное время, им на смену пришли огненные, или свечные, часы. В них отсчет времени осуществлялся в соответствии с количеством масла, сгоревшего в лампе, или воска в свече. И они получили столь широкое распространение, что даже единицей времени стала свеча. И хотя такие часы были дешевыми и удобными, однако точность у них была невысокая. И объяснялось это тем, что скорость горения воска в разных свечах или масла в различных лампах значительно отличалась.
Но примерно 2500 лет назад солнечные и огненные часы стали заменяться водяными. И для этого имелось несколько причин. Во-первых, они отличались большей точностью и были более совершенны. По крайней мере, что было очень важно, ими можно было пользоваться днем и ночью, то есть в течение суток.
Во-вторых, они были весьма просто устроены: представляли собой сосуд с отверстием в дне и делениями на стенках, которые указывали изменение уровня воды в емкости. Сосуд изготавливался обычно из металла, глины или стекла, заполнялся водой, которая по капле вытекала, указывая время.
Гномон – солнечные часы
Вскоре водяные часы стали весьма популярны. Они нашли применение
