张衡发明的地动仪工作的原理是通过感测地震波来感测地震。
地球上的地震,大多是由于地球深处板块之间的挤压碰撞所引起。由震源向四处传播的振动,即地震波。
震源发出地震波分为纵波(P波)和横波(S波)两种。
纵波质点运动方向与传播方向一致;横波质点运动方向与传播方向相垂直。纵波速度快,最先到达,主要使地面上下颠动;横波速度慢,第二个到达,主要使地面侧向晃动。
在S波之后或同时,面波洛夫波(Love波)到来,地面开始水平横向振动(和S波方向一致)。接老并碰着是面波瑞利波(Rayleigh波)到来,它使地面在纵向和垂直方向都产生摇动,形如逆进的椭圆。
一台地震仪很难全部覆盖,因此,现有地震仪按需求可分为短、长、中长、宽带等不同频段。
张衡地动仪是早期机械式地动仪,频带窄。
地动仪的测震原理模仿了悬挂物对地震的反应,技术实现上借鉴了门闩类的触发机构,通过龙首吐丸的方式留下了发生地震的证据。
后汉书中记载的是:侍谈
以精铜铸成,员径八尺,合盖隆起,形似酒尊。中有都柱,傍行八道,施关发机。如有地动,尊则振,龙机发,吐丸,而蟾蜍蔽纤衔之。寻其方面,乃知震之所在。当一龙机发,而地不觉动。
就是地动仪的“都柱”和“樽体”之间在地震之时会出现相对位移,在非惯性系统,即摇动的樽体中所显现出来的都柱惯性力就先施加于关,再触发于机,铜丸随之而吐出。
如果发生了地震引起的振动,尊体会出现持续性的左右摇晃,于是与龙体相连的机关便继而启动,龙首衔的铜丸随即被吐出,然后由蟾蜍张开的口接住。
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