[实用新型]立柱式地动仪展示模型

说明书

技术领域

    本实用新型涉及一种模型，具体涉及一种中国古代张衡地动仪工作原理的展示模型，即一种立柱式地动仪展示模型。 

背景技术

《后汉书·张衡传》记载的“中有都柱”意思是张衡地动仪中有一根大柱。但张衡地动仪一百多年前被国际地震学界重视以来，一直到目前，世上没人能在实际中成功地使用立柱来有效验震。因为实验者如用粗的立柱，则它的验震灵敏度就会太低。如用较细的立柱来验震，较细的立柱又会各向乱倒，即不倒向来震方向。人们认为如要使用立柱的验震灵敏度能高于人感受地震的灵敏度，则立柱还得更细，如一根要足够灵敏的1000毫米高立柱，它的直径只有区区1毫米。显然这样细而高的立柱本身已无法站立，所以国内外学者都认为张衡地动仪中不可能是立柱，而是应该采用悬柱摆才能实现验震。因此至今在国内外的张衡地动仪中都错误地采用了悬柱摆来验震。 

发明内容

本实用新型的目的，提供一种立柱式地动仪展示模型。本实用新型能够再现张衡地动仪的工作原理，并通过实验证明史书对张衡地动仪的记载的正确性：只要采用上粗下细的立柱，并将立柱的接地面做得很小，则这个粗立柱就既能够直立又不失去很高的灵敏度。经过平衡的立柱就不会各向乱倒而会正确倒向来震方向。立柱侧倒后，它将推动直立杠杆的上端旋转，放球杠杆可以旋转而使钢球下落，掉入下面的蟾蜍口中。 

完成上述发明任务的技术方案是，一种立柱式地动仪展示模型，在筒形模型壳体内部的中心设有立柱，该模型壳体的壁上按圆周均匀地设有八个放球孔，每个放球孔对应地设置有垂直杠杆及放球杠杆，每个放球杠杆的末端各夹有一个小球；在模型壳体的外围，与八个放球孔对应地设置有八个接球蟾蜍，其特征在于，所述立柱接地面（立柱与模型壳体底板的接触面，或称为立柱接地处）的直径d与立柱的高度（立柱的全高）H之比为0.1-10:100。 

本申请推荐，本实用新型用于博物馆的展品时，所述立柱接地面的直径d与立柱的高度H之比为0.1-1.0:100。例如，立柱接地面的直径d采用 4mm，立柱的高度H采用1900mm；本实用新型用于课堂教学模型时，所述立柱与模型壳体底板接触面的直径d与立柱的高度H之比为4-10:100。例如，立柱接地面的直径d采用10mm，立柱高度H采用250mm。 

本设计提出的理念经实验证明，立柱式地动仪工作原理的关键，是立柱高度（立柱的全高）H与立柱的接地面直径d之间的比例。例如，对一个质心高为1000毫米的立柱，可取该立柱的直径粗至50mm，而将立柱的接地面做成很小的1毫米，则这个粗立柱就既能够直立又不失去很高的灵敏度。这样的立柱必需经过重心平衡操作，以使立柱重心能正好处在其接地小圆面中心的正上方。经过平衡的立柱就不会各向乱倒而会正确倒向来震方向。立柱侧倒后，它将推动直立杠杆的上端旋转（见图2），直立柱杠杆的下端就让放球杠杆可以旋转而使钢球下落以掉入下面的蟾蜍口中。 

现有技术中复制张衡的立柱式地动仪失败的根本原因，是混淆了立柱接地面的直径d与立柱本身直径D的关系，认为两者必须是一致的。结果造成或者立柱过细无法直立，或者立柱接地面过大而失去灵敏性。本实用新型纠正了这一错误，采用小的立柱接地面，实新了再现张衡立柱式地动仪的愿望。 

本实用新型的进一步改进，有以下优化方案： 

1、上述立柱接地面的中间向上凹进，即，仅立柱底面的四周与底板接触。例如，采用凹球面。

2、在模型壳体底部，按120度分布设有三组支撑钢丝，该模型壳体利用该三组支撑钢丝放置在模型底座上；该模型壳体可以在支撑装置上相对于模型底座作水平的各向平动； 

3、在模型壳体下面设有模型底座，所述模型底座上设有调平螺丝；

4、所述模型壳体的上部，设有开有八个通道槽的顶板；顶板上的八个通道槽，分别与八副垂直杠杆及放球杠杆的位置对应；所述的立柱顶端伸出顶板，处于所述八个通道槽的中央；

5、在模型壳体上可安装一个圆水泡水准器；

6、所述的小球采用钢球；

7、所述立柱与模型壳体底板的接触面处设有硬质合金制造的底端。

8、所述立柱平均直径D与立柱高度H之比为3-15:100。