古代测量长度和时间的方法

题目

古代测量长度和时间的方法
300字左右

答案

　　长度测量最早用于水文测量、天文测量.相传夏禹治水,使用规矩准绳,望山川之形,定高下之势,决流江河.成书于公元前一世纪的《周髀算经》记,西周开国时,周公向商高请教测量天高地广的方法,商高回答说,“折矩以为”.就是利用直角三角形各边的相互关系测量的方法.商高还提出了勾三股四弦五的勾股定理.公元三世纪,三国时数学家刘徽在《九章算术注》中,发表了他利用两次矩(或两次立表杆)分别测量,求其差值计算的方法(叫重差法),测量“可望而不可及”的目标,如太阳与地面的垂直距离,太阳与测量者之间的直线距离、水平距离；太阳的直径,在海边测量海岛的高度等.根据刘徽对测量方法的描述,现在可作图分析,列出三角形比例公式,求解测量结果.刘徽虽未说明他如何建立这些公式的,但测量原理和计算公式是正确的.可见刘徽对测量技术研究造诣之精深.
　　古代,人们对影响日影影差变化因素的探索,导致天文大地测量也取得很大成就.唐代天文学家僧一行于唐开元十二年(724)开始与南宫说等实测了今河南滑县,经开封、扶沟到上蔡县四个地点的北极高度、日影长短以及他们之间的地面距离,其结果是351.27唐里北极高度相差一度.唐代一里1500尺,天文用尺每尺合24.525厘米,一周天为365.25°(今为360°).由此折算子午线一度长约合131.11公里,虽然这个数值与当今测得值110.6公里相比,误差较大,但它却是世界上最早对地球子午线的实际测量.清代康熙帝大约在1702年至1710年间,为开展大规模经纬度测量,亲自规定200里合经线的弧长一度.清代每里为1800尺,尺度以营造尺32厘米为标准,以此折算,经线一弧度之长相当于115.2公里.这与法国18世纪末建立米制时测定子午线一弧度长111.2公里比较接近,而测定的时间要比法国早80多年.将长度单位与北极高度或地理经线弧长相联系,是中国计量史上的一大成就.汉代创造的测量长度的计量器具有记里鼓车和始建国卡尺.
　　时间计量,古代常用的计量时间单位是年、月、日和时、刻,其中年又叫岁,指回归年.回归年长度可用立竿测影的方法测定,《周礼》中已有测定日影的记载.从实践中得出,夏至这一天日影最短而冬至这一天日影最长.由于冬至日影长,所测结果比夏至要精确一些,因此都利用冬至来实测求得每年的日数.春秋后期(公元前5世纪),已经定出一个回归年为365.25天,每19年置7个闰年,在这个基础上创造出“古四分历”.这一回归年的数值比现今所测数值多11分钟又14.5秒.在“古四分历”的基础上,我国历法由汉代到明代,经过近百次改革,由粗到精不断进步.西汉武帝时制定的“太初历”已将二十四节气订入历法.南北朝时的祖冲之制定大明历,取一年为365.2428148天,只比现测值多0.0006208天.南宋天文学家杨忠辅在1199年制定统天历,得出一回归年为365.2425日,与理论值只差22秒.欧洲采用这一数值比他晚了400年.明代邢云路于1608年测得一回归年为365.242190日,比今测值只差0.00027日,领先于当时欧洲天文学水平.
　　为适应天文学和人们生活中对计时精细度的需要,古代又采用一日为十二时制.对十二时的测定,最简单的方法就是观测太阳所在的方位.但是十二时制仍不能满足计时精细化的要求,因此,又出现了百刻制,把一昼夜分成均匀的一百刻,促成了计时制向精密化的发展.这样,就出现了两种计时制度并存的局面,他们互相补充,百刻制可以校准十二时制,十二时制则用以提携百刻制.计时仪器则有漏刻、日晷和浑仪等.漏刻的基本原理是人工制造出一种稳恒管流,再将这种管流转化为刻箭的运动,通过刻箭上显示刻度变化表示出时间来.百刻制起源于商周时代,几千年来不断改进漏刻的记时方法,力求将百刻计时与天象统一,并提高时间测量的准确度.商代起一日分100刻,每刻相当于现代864秒(14分钟24秒).汉代把一刻分10等分,每分合86.4秒.北魏道士李兰发明秤漏,大大提高了计时精确度.秤漏与浮(沉)箭刻漏最大的区别是它们的显示系统不同.刻漏是随着受水壶水位提高而使浮箭上升,箭上的刻度显示时间累积量；而秤漏是以称量流入受水壶中水的重量的增加来显示时间的累积量.李兰秤漏“漏水一升,秤重一斤,时经一刻”一斤水对应一古刻即14.4分钟或864秒,那么一两(16两1斤)水就对应54秒.半两水对应27秒,这在一支秤量为一斤或二斤的杆秤上(相当于杆秤刻度的1/32或1/64)是很容易称出来的,况且秤秆上直接刻的就是时刻.显然用秤称水计时优于观察箭上刻度提升量计时.秤漏发明以后很快流传,隋代大业(605—617)初年,炀帝令依李兰秤漏法制造秤水漏器.经改进后的秤漏成为皇家计时器,被司天机构采用.自隋唐至北宋,一直是主要的天文计时仪器,秤漏在唐朝风行全国.隋唐两代,中外交往频繁,据荷兰科学史家史四维的研究,中世纪伊斯兰国家也曾使用秤漏计时,并且很可能是中国传过去的.