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  • 1 # 大海天津E族

    指南針的前身是司南,它是中國影響世界的古代“四大發明”之一。華人發明的司南最早出現在戰國時期,《韓非子》中記有“先王立司南以端朝夕”。這裡的“端朝夕”就是“正四方、定方位”的意思。在《鬼谷子》一書中,則記述了華人利用司南在採玉過程中進行定位,以不至於在茫茫深山中迷失方向。

    中國古人在長期的生產實踐中最早接觸了磁石,又發現了鐵磁化的方法,製造出了實用的指南針,為世界早期交通的發展,特別是航海事業的發展作出了卓越的貢獻。中國古人還曾利用薄鐵片磁化製成了浮在水盆中的指南魚。

    中國宋朝軍事家 曾公亮在《武經總要》中寫道:“用薄鐵葉剪裁,長二寸,闊五分,首尾銳如魚型,置 炭火中燒之,候通赤,以鐵鈐鈐魚首出火,以尾正對子位,蘸水盆中,沒尾數分則止, 以密器收之。用時,置水碗於無風處平放,魚在水面,令浮,其首常向午也。

    ”這段話 便是描述了中國古人利用鐵片燒紅後淬火進行磁化,然後製作出指南魚的細節。 此後,人們又利用天然磁條放置在小木魚中製成了一種新型的指南魚,這在宋代的 《事林廣記》一書中有記載。在指南魚被髮明出來以後,中國古人又發現鐵針在天 然磁石上磨擦後,也具有磁效應,這便使得真正意義上的“指南針”被髮明瞭出來。

    指南針用於航海最早見述於12世紀初的《萍洲可談》一書。後來,指南針經阿拉伯 傳到了歐洲,改變了人類交通發展乃至文明傳播的程序。中國宋朝著名學者沈括在其《夢溪筆談》一書中,記述了四種常見的利用指南 針的常用方法。

    其一是“水浮法”,即將指南針浮在水面上指示方向;其二是“縷懸 法”,即在指南針中部塗上一些蠟,然後利用絲線將指南針懸掛起來後使用;其三是 “指甲法”,即將指南針放在指甲中央輕輕轉動後指示方向;其四是“碗唇法”,即指 用碗的邊沿作為指南針的支撐點。

    沈括透過觀察發現指南針指示的方向並不是正 南和正北,而是微偏東南和西北,這便是“磁偏角”。這一發現比西方早出約400 年。和今天的指南針比較接近的“盒式”指南針於13世紀下半葉在歐洲出現,在14世紀初已經開始批次生產服務於各式各樣的旅行者。

    這種指南針被西方學者稱為“幹指南針”。在西方航海歷史上,曾廣泛使用過華人所發明的“水浮”式指南針。事實上,由於水浮式指南針實際使用效果要比“幹指南針”好,它曾一度作為船舶最主要的導航裝置。中國指南針傳入歐洲後,很多學者都對指南針為何指向南北這兩個方向大惑不解。

    這個難題在1600年由英國科學家威廉•吉爾伯特在《論磁》一書中作出了回答。威廉•吉爾伯特指出,指南針之所以能夠指向南北兩個方向,是因為地球本身就是一個巨大的磁體。同時,他還指出了在地球的中心很可能存在著大量的鐵。

    威廉•吉爾伯特除了發現了很多磁現象的規律外,還深入研究過靜電現象,併發明出了驗電器。1646年首次由英國科學家托馬斯•布朗提出的“電力”一詞,就是借鑑了威廉•吉爾伯特的思想。由於近代造船工業中開始大量使用鋼鐵,這使得磁式指南針的實際使用效果產生了偏差。

    因為鋼鐵本身對磁式指南針會產生一定的作用,使得指南針發生偏移。隨著電氣技術的發展,人們想到了發明無磁指南裝置的念頭。20世紀初,德國科學家赫爾曼•卡普菲發明了陀螺羅盤,這使得指南針出現了革命性的變化。

    陀螺羅盤利用了陀螺儀旋轉時旋轉軸方向不變的原理。陀螺儀最早由德國科學家約翰•貝格爾發明,此後陀螺儀便用於導航機械裝置的製造。由於早期陀螺儀阻力比較大,所以實際效果並不理想。隨著技術水平的提高,陀螺儀的阻力也越來越小,其導航的精準度也越來越高。

    如今,陀螺儀已被廣泛地應用在了宇宙飛船、洲際導彈、隧道挖掘、航海羅盤的製造中。利用陀螺儀制成的羅盤即為陀螺羅盤,它由於可以不受船體鋼鐵結構的影響,所以在航海導航中逐漸取代了磁式指南針。隨著衛星技術的發展,GPS(全球衛星定位系統)也開始被廣泛使用起來。

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