3D模型GIF

机械原理

测的是什么震：

非地方震。即，震中距在100公里以外的地震，包括近震和远震。

非地方震的主要成分：

瑞利波。一种常见的界面弹性波，沿半无限弹性介质自由表面传播的偏振波。由 L.瑞利于 1887 年首先指出其存在而得名。 地震学中称其为R波或L波。在震中附近，不出现瑞利波。从震源射出的纵波在离震源距离为cR*h*sqrt(c1*c1-cR*cR)后才形成瑞利波。由震源射出的横波在离震源距离为cR*h*sqrt(c2*c2-cR*cR)后才形成瑞利波。其中 cR 为瑞利波波速；h 为震源深度 ；c1、c2 分别为纵波和横波波速。 瑞利波沿二维自由表面扩展，在距波源较远处，其摧毁力比沿空间各方向扩展的纵波和横波大得多，因而它是地震学中的主要研究对象。

文物历史

东汉科学家张衡于公元 132 年发明了侯风地动仪。可惜的是大约在公元 312 ～ 418 年的东晋末年失传，仅在南北朝( 公元 420 ～ 479 年) 范哗著《后汉书·张衡传》中留下了 196 个字的记述：“精铜铸成，员径八尺，合盖隆起，形似酒尊，饰以篆文山龟鸟兽之形。 中有都柱，傍行八道，施关发机。 外有八龙，首衔铜丸，下有蟾蜍，张口承之。 其牙机巧制，皆隐在尊中，覆盖周密无际。 如有地动，尊则振龙，机发吐丸，而蟾蜍衔之。”后挖掘出 7份史料，经对比，获得了 238 字的描述。

记载解读

具有指向性功能：“寻其方面，乃知震之所在”

机关单一触发：“虽一龙发机，而七首不动”

机械机关：“中有都柱，傍行八道，施关发机”

直径大小：“员径八尺”，经换算及相关考古成果推断候风地动仪的直径约为 60 cm，高度约为 78 cm ～ 90 cm

铜质材料：“以铜为器”

历史意义

侯风地动仪是世界上第一架有明确历史记载的测震仪器，是我国科学研究历史中的重大成果。一座月球背面环形山以其创造者张衡命名。

争议与讨论

但是候风地动仪的历史真实性一直受到质疑，侯风地动仪失传后还没有一个能被科学界普遍接受的复原模型。其原因有：文献记录极少；不具有现代意义上的地震预测功能，仅有感知功能；由于简单地震波（ S 波、P波) 单测点的振动信息不包含地震波传播方向的信息，所以对震源方向的指向性功能也是张衡地动仪历史真实性被质疑的一个重要方面。

对其内部结构可能性的研究

主流：悬垂摆模型

可能性2：弹簧倒立摆

可能性3：直立杆

可能性4：球面都柱摆 提出者：同济大学

可能性5：不需使用弹簧的稳定倒立摆结构 提出者：同济大学

对其外部造型的解读

候风地动仪的外形设计有着汉代象数易学这一文化背景，虾蟆和龙都是汉代象数易学中的卦象，且这两个卦象之间存在着某种对应关系。

资料库：本页面参考文献

讲给孩子的航天发展故事（4）张衡和地动仪的故事/军事文摘. 2022,(08)/北方

都柱摆地动仪的响应指向性研究 机械强度/. 2022,44(02)北大核心CSCD/刘钊刘禹明徐浩李亚美朱玉田/同济大学机械与能源工程学院