「科技世界之最」最早的常平架装置

最早的常平架装置是什么?今天就由童乐福儿童网科学小编带同学们学习这个科技世界之最小知识。​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​

「科技世界之最」最早的常平架装置

北宋时发明的指南针,不久即发展成磁针和方位盘连成一体的罗经盘,或称罗盘。罗盘又经历了水罗盘——旱罗盘的演变过程。旱罗盘因其磁针有固定的支点,在航海中指向的性能优越于水罗盘,但它在海上应用仍有不便之处。当盘体随海船作大幅度摆动的时候,经常使磁针过分倾斜而靠在盘体上无法转动。公元16世纪,欧洲的航海罗盘开始出现了一种现在称为“万向支架”的常平架装置。它由两个直径略有差别的铜圈组成,小圈正好内切于大圈,并用枢轴将它们联结起来,然后再由枢轴把它们安在一个固定的支架上,早罗盘就挂在内圈中。这样,不论船体怎么摆动,旱罗盘总是保持水平状态。

其实,欧洲航海罗盘上的常平架装置,中国早在汉晋时期就已经出现了。中国汉晋时期制造的“被中香炉”,内有世界上最早的常平架装置。

公元4世纪以前成书的《西京杂记》,记载了当时长安(今陕西西安)的巧匠丁缓所制的“被中香炉”。书中写道:“为机环转运四周,而炉体常平,可置之被褥。”被中香炉的外壳为圆形,开有透气孔,像个多孔小球。它由内外两个金属环组成,两环用转轴联结起来,外环又通过另一转轴与外架联系着;点香用的炉缸则用第三个转轴挂在内环上;这3个转轴在三维空间中相互垂直。于是只要转轴灵活,炉缸不但可以作任何方向的转动,而且由于受重力作用始终下垂,不论小球怎么滚动,炉缸都能处于常平状态(即“炉体常平”),而不会使香灰洒落出来。

物理学知识告诉我们,要使一个具有一定重量的物体不倾斜翻倒,最佳的方法是采用支点悬挂。银薰球就是采用了这种方法,将香盂悬挂在两边各有一个轴孔的内持平环中,当内持平环呈水平位置时,香盂因自身重量,可以前后轻微晃动而不会左右倾斜翻倒。但仅用一个持平环是无法避免香盂向轴向方向倾斜翻倒的。为解决这一问题,必须在轴向再做一个较大的持平环,将悬挂香盂的内持平环悬挂在外持平环上,并使两环的轴孔正好垂直,轴心线的夹角为90度。这样,内持平环能避免香盂前后方向倾斜;外持平环则能防止香盂(包括内持平环)左右倾斜。盂心随重心作用,始终与地面保持平行,无论薰球怎么转动,盂内的香料都不会撒出,可置于被中或系于袖中。银薰球的这种结构完全符合现代航空航海中使用的陀螺仪原理。罗盘就是悬挂在一种称为“万向支架”的持平环装置上。这样,无论有多大风浪,船体怎样摆动,也无论在怎样复杂的气流中,飞机如何颠簸,罗盘始终保持水平状态,确保正常工作。

被中香炉在汉以后历代都有制造,它的常平架装置,是现代陀仪中万向支架的始祖,这是中国古代劳动人民在机械史上的卓越发明。在欧洲,最先提出类似设计的,是文艺复兴时期的大画家、科学家达·芬奇(1452~1519),已较我国晚了1000多年。但遗憾的是,这项杰出的创造,在我国仅应用于生活用具。16世纪,意大利人希·卡丹诺制造出陀螺平衡仪并应用于航海上,使它产生了巨大的作用。

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