利用均匀水流导致的水位变化来显示时间

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　　你知道利用均匀水流导致的水位变化来显示时间的基本原理究竟是什么?以下是中国招生考试网分享的利用均匀水流导致的水位变化来显示时间，希望能帮助到大家!

　　利用均匀水流导致的水位变化来显示时间

　　利用均匀水流导致的水位变化来显示时间，是()的基本原理。

　　答案：漏刻计时

　　从中国古代计时器“漏刻”解读计量文化

　　我们通常所说的“时间”包括“时刻”和“时间间隔”双重概念。而时刻的“刻”用来表示时间就涉及中国古代滴水计时的文化史实。古代有一种计时器称为“漏刻”，“漏”是指计时用的漏壶，“刻”是指划分一天的时间计量单位，漏壶计时一昼夜共一百刻，“刻”就是在这种文化事实中具备了表现时间的职能的。时间计量的实质就是通过寻找一种运动过程来度量别的运动的进程和快慢的标准，这种标准运动过程必须是非常均匀和持续不断的，例如均匀滴下的水滴、缓慢燃烧的香等，都可被用作计量时间的标准运动过程。

　　漏刻计时的基本原理，是利用均匀水流导致的水位变化来显示时间。从现代计时科学的角度来看，漏刻计时的实质是测量时间间隔。漏刻不是通过观测太阳或其他天体在空中的位置来计时的，它需要依赖其他天文计时手段为之提供计时起点，以便使其所显示的时间与天文计时结果相一致。当漏刻通过与天文计时结果的比对，确定自己的计时起点和单位后，就可以周而复始、连续计时了。这就好比现代生活中的钟表。漏刻的出现，使人们不需要频繁观测天文就可以随时知道当时的时刻。它使中国古代时间计量减少了对自然条件的依赖，是古人在探索时间计量方式上的一大进步。

　　漏刻在中国起源很早。《隋书 天文志》说：“昔黄帝创观漏水，制器取则，以分昼夜。”书中认为漏刻是黄帝观察到容器漏水，从中受到启发而发明的。早在新石器时代，人们就已经能够制作陶器，陶器在使用中难免会出现残漏，导致水的流失，水的流失需要时间，这种现象给人以启发，用水量变化来表示时间的流逝，由此就逐渐导致了漏刻的产生。中国南北朝时期有本书叫《漏刻经》，上面说：“漏刻之作，盖挈于轩辕之日，宣乎夏商之代。”意思是说漏刻起源于黄帝时代，夏商时期得到了很大的发展。历代漏刻计时所使用的百刻制，据推测最早就是商代制定的，所以古人有时候又把“刻”称为“商”，这是商代漏刻得到发展的有力证据。进入周朝以后，漏刻的地位进一步提高，朝廷中设有专门负责漏壶计时的官吏，称为“挈壶氏”。以后历代都有专门管理漏刻的机构和人员，制度越来越完善。

　　最初的漏壶是单只的，壶的底部开一小口，壶中放一刻有刻度的木杆，观察水位退到哪一刻度，就能知道是什么时间了。由于早期漏壶的使用大多与军事有关，所以这种木杆被称为箭杆，这种方法又称为“淹箭法”。为了便于计时，随时知道漏壶中水的多少，人们在壶中放一木块(称为箭舟)，将箭插在箭舟上，箭杆上刻有时间线，当壶中水满时，箭杆靠木块的浮力升得很高，随着水的流失，箭舟往下沉，箭杆也随之下降，通过观察刻度线，就可以读出什么时间了，这种方法又称为“沉箭法”。

　　沉箭漏壶的计时精度比淹箭漏壶稍高，但也不够准确，原因在于水的流速与壶中水位高低有关，水位高时，水的流速就快，随着水的流出，壶内水位也就逐渐下降，水的流速也就慢了下来，因此木箭下降的速度是不均匀的，即沉箭漏壶在使用过程中其计时精度会越来越低，为了提高漏壶的计时精度，聪明的古人又发现了新的计时方法——浮箭法。

　　最早的浮箭漏壶是单级的，它是由两只漏壶组成，一只是供水壶，另一只是受水壶，受水壶中放箭尺，通常称为箭壶。由于泄水壶的水不断地注入箭壶，木箭上的时刻标记就不断地从壶中显露出来，人们就可以知道当时的时刻了，这就是单级浮箭壶。

　　单级浮箭漏只有一只泄水壶(供水壶)，由于人工往供水壶里加水有一定的时间间隔，加水前后水位有一定的变化，导致流往箭壶的水流量不稳定，因而计时误差相对较大。要解决这一问题，可以把木箭上的时刻标志做成不均匀的，但这又需要有其他高精度计时仪器的校验，在汉代，要做到这一点，并不容易。另一种方法，是不断给泄水壶添水，使其水位能大致保持在某一高度，以此减少其排水速度的变化。经过多年实践，人们在泄水壶和受水壶之间再加一只补偿壶，使补偿壶在向受水壶供水的同时，又不断得到泄水壶流进来的水的补充，从而使补偿壶的水位保持相对稳定，这就是二级补偿浮箭漏壶。

　　东汉著名科学家张衡(公元78~139年)曾经这样描写当时二级漏壶的使用情况：“以铜为器，再叠差置，实以清水，下各开孔。以玉虬吐漏水入两壶，左为夜，右为昼”(唐代徐坚《初学记》)这段话表明，这套漏壶用铜制成，有两个泄水壶，它们分别在底部开口，第一个泄水壶流出来的水流入第二个泄水壶，第二个泄水壶再排给受水壶。所谓“再叠差置”，是指两个漏壶，像台阶一样重叠错开放置。玉虬就是用玉做的排水管，管的出口处雕刻成龙首形状，泄水壶的水通过玉虬排出。由于昼夜长短不一，可以让受水壶也有两套，分别在白昼和黑夜使用。由此可知，二级漏壶至迟在东汉就已经发明了。

　　二级漏壶可以大幅度提高漏刻计时精度，于是就出现了有三只泄水壶连用的漏刻。晋代孙绰的《漏 铭》最早记载了三级漏壶的存在，孙绰写道：“累筒三阶，积水成渊，器满则盈，承虚赴下。”所谓“累筒三阶”，就是指的三只连用的圆形泄水壶。到了唐代，吕才又将连用的泄水壶数增加到四个，从而导致了四级漏壶的诞生。杨甲的《六经图》，也记载了吕才漏壶。

　　古人为了提高计量精度，除了增加漏壶的级数外，还有一项重要的改进，那就是分水壶的发明。第一个使用分水壶的是宋代的燕肃。他在公元1030年制造的“莲花漏”中首次使用了减水盎，其下匮有一个分水孔，当下匮中的水面超过分水孔时，水就会通过竹注筒流到减水盎中去，这样，只要上匮注入下匮的水量稍大于下匮流出的水量，就可以保持下匮水面的稳定性。这个减水盎其实就是后来的分水壶。分水壶的出现，从根本上解决了漏壶的水面稳定性问题。

　　现陈列在故宫博物院交泰殿中的铜壶滴漏，是乾隆十年(1745年)制造的，这是中国保存至今仍然完好的漏壶。漏壶全都用精铜制造，每个漏水的小管子都雕刻成龙头形状，水从龙口流出，最上层的漏壶置于楼阁形建筑的上层，旁边有楼梯可以上下，楼阁建筑与宫殿结构相同，做工雕刻极为精细，平水壶面镌有乾隆皇帝的御制铭文。

　　漏刻作为是中国古代主要的计时仪器历几千年而不衰，并不断得到发展，与中华民族的传统意识有着密切关系。在我国古代统治者的意识中，计时是国家机构正常运转的主要标志。敬天是中国政治的根本，只有敬天才能够深知天意，传达天意，而掌握了时间就能顺天意行事，使自己的政治权力不被丧失。正所谓“漏壶之制，原于上古，圣人掌之有司。所以敬天时、重人事，其所关也大矣”。(周琰《重铸漏壶铭序》)。因此，历代统治者都对计时仪器十分看重。

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