科普专栏

指南针

分享到:0

 

指南针是中国古代四大发明之一。它是利用磁铁在地球磁场中的南北极性而制成的一种指向仪器,它和齿轮结构的机械指南车不同。

现在所说的指南针是这类物品总的名称,在各个不同的历史发展时期,它有不同的形体,也有不同的名字,如司南、指南龟(鱼)、指南针和磁罗盘等。

采用天然磁石的司南,磁性较弱,效果不是很好。因此这种司南未得广泛的使用。北宋初年出现了更高一级有实用性的指南龟(鱼)和指南针,到19世纪现代电磁铁出现,才发展成为更加简便、更有使用价值的指向仪器。

       一、司南——指南针的始祖

       司南,一种世界上最古老的磁性指向器,在战国时期已被用作指示方向的仪器。以天然磁石加工而成,形如勺。它可以自由旋转,当其静止时,勺柄就指向南方,故古人称之为司南。《韩非子·有度篇》载:“先王立司南,以端朝夕”。“端朝夕”就是正四方、定方位的意思。《鬼谷子·谋篇》里也记载说:“郑人取玉,必载司南,为其不惑也”。即郑国人采玉时就带了司南以确保不迷方向。在司南实践的基础上,才发明了可以实用的指南针。

东汉时王充《论衡·是应篇》:“司南之勺,投之于地,其柢指南。”依汉代制式复原,司南由青铜盘和天然磁体制成的磁勺组成。青铜盘外方内圆,四周刻有干支四维,合成二十四向,置勺于盘中心圆面上,静止时,勺尾指向为南。

司南(模型)  司南被认为是世界上最早的磁性指南工具。当代学者王振铎先生复原的司南模型,由青铜地盘和磁勺组成。地盘外方内圆,中心圆面打磨光滑。圆外盘面上依次铸有四维、八天干、十二地支,共二十四方位,另有二十八宿。整个地盘寓天圆地方之意。磁勺依汉代制式,用铁铸成后磁化,置于地盘中心。由于地球磁场的作用,勺把指示南方。 

 

       二、指南针——伟大的发明

       宋代航海事业的发展,促进了对磁性指向器的探索,最终导致了指南针的发明和广泛应用。

北宋时,曾公亮在《武经总要》记载一种制造指南鱼的人工磁化方法:将薄铁片剪裁成鱼形,置炭火中将铁片烧红时,以铁钤钤鱼首出火。让鱼尾正对子位,蘸水盆中。在地球磁场作用下,铁片被磁化而显磁性;“用时,置水碗于无风处平放鱼在水面,会浮,其首常向午也”。沈括在《梦溪笔谈》中介绍了另一种人工磁化的方法:“方家以磁石磨针锋,则能指南。”直到19世纪现代电磁铁出现以前,几乎所有的指南针都是采用这种人工磁化法制成的。人工磁化方法的发明,对指南针的应用和发展起了巨大的作用。这时,指南针在它的发展史上已经跨过了两个发展阶段——司南和指南鱼,发展成一种更加简便、更有实用价值的指向器,这些指向器都以这种磁针为主体,只是磁针的形状和装置有所变化而已。

沈括(1031-1095)在《梦溪笔谈》中记载了装置磁针的四种方法。一是缕悬法,将磁针用独根蚕丝悬挂起来,下置二十四方位盘,磁针两端所指即为南北方向;二是水浮法,将磁针横穿于灯芯草浮在水面就可以指示方向。这是两种比较实用的方法。另外两种方法稳定性差,不便实用,一是指甲旋定法,将磁针放在指甲上,磁针可以指南,二是碗唇旋定法,将磁针平放在瓷碗的口沿上,可以指南。

沈括在做指南针的实验时发现,磁针所指方向,并非正南正北,而是“常微偏东,不全南也”,这是世界上关于磁偏角的首次发现;欧洲直至13世纪才发现磁偏角现象(有记载,欧洲人对磁偏角的发现是哥伦布在海上探险途中的1492年,系15世纪)。

指南针用于航海,首见于北宋末(1119年)朱彧《萍洲可谈》卷二:“舟师识地理,夜则观星,昼则观日,阴晦则观指南针。”这是航海史上最早使用指南针的记载。

到南宋咸淳时期(1265-1274),文献记载始见“针盘”之名,即将磁针与方位盘组成完整的指南工具,称“地罗”或“子午盘”。地罗盘面分度法仍采用汉代地盘形制,以八干、十二支和四卦来表示24个方位。这种针盘己用于航海。

南宋陈元靓在《事林广记》(元初刊出)记载了支撑式指南仪器——指南龟的形制,以木雕成龟形,腹中嵌以磁体,将木龟置于竹制的尖顶立柱上,由于地磁场的作用,龟首尾指示南北。指南龟虽不具方位盘,但它是世界上第一具支撑式指南工具。这是后来出现的旱罗盘的先声。说明在12世纪末期以前,中国已有旱罗盘。

指南针发明后,人类全天候航行的能力得到了极大的提高。中国这一项卓越的发明创造,经丝绸之路传到了阿拉伯国家,在12世纪末到13世纪初又由阿拉伯人传入了欧洲。14-16世纪欧洲航海罗盘装上万向支架的常平架,形成了现代的航海罗盘乃至航空、航天罗盘。中国为全人类航行能力的提高,作出了不可磨灭的贡献。

指南龟(模型)

 


【注: 以上内容皆摘自于《中国机械史·图志卷》 】

出版物
期刊
图书
导报
奖励
中国机械工业科学技术奖
中国机械工程学会科技奖
科普与竞赛
科普活动
科普专栏
创新大赛
教育与培训
资格认证
专业认证
继续教育
咨询
咨询
展览
展览工作相关
北京·埃森焊接与切割展览会
智能制造国际会议 IIMC
港澳台交流
国际交流与合作
港澳台交流与合作
外事服务