不管是《秦时明月之夜尽天明》里

卫庄攻入机关城屠杀墨家弟子时，

还是《时光沙漏》里女主

使时间停止三分钟时，

亦或是饭店点菜等待时，

这些场景总有一个相同的东西会出现，

那就是沙漏。

“一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴”

如果说有什么东西

能够清楚的看见时间的流逝，

那计时器必然是榜上有名。

如果更进一步，

让人们直观的看见时间剩余的额度，

那沙漏中一点一滴都会被倍加珍惜！

一花一世界，一树一菩提，

胖科今天就带大家从科学的角度出发，

谈一谈沙漏里的“时间观”~

沙漏是如何计时的

沙漏是一种古老的计时装置，

在钟表发明以前

曾经广泛用于时间测量。

西方沙漏由两个玻璃球和一个狭窄的连接管道组成的，

通过充满了沙子的玻璃球从上面穿过狭窄的管道流入底部玻璃球

所需要的时间来对时间进行测量。

一旦所有的沙子

都已流到的底部玻璃球，

该沙漏可以被颠倒以测量时间了。

西方发现最早的沙漏

大约在公元1100年，

比我国的沙漏出现要晚。

我国的沙漏据记载

最早出现在西汉时期，

也是古代一种计量时间的仪器。

沙漏的制造原理与漏刻大体相同，

它是根据流沙从一个容器漏到另一个容器的时间来计量时间。

我国还曾有过日晷、漏刻等计时器，

但由于日晷只能在白天和晴天使用，

而漏刻也会受到天气气候的限制，

所以沙漏的使用范围会更广泛一些。

最著名的沙漏是

1360年詹希元创制的“五轮沙漏”。

五轮沙漏 工人日报

流沙从漏斗形的沙池

流到初轮边上的沙斗里，

驱动初轮，

从而带动各级机械齿轮旋转。

最后一级齿轮

带动在水平面上旋转的中轮，

中轮的轴心上有一根指针，

指针则在一个有刻线的

仪器圆盘上转动，

以此显示时刻。

这种沙漏脱离了辅助的天文仪器，

已经独立成为一种机械性的时钟结构。

由于无水压限制，

沙漏比漏刻更精确。

沙漏的下落速度是否可以改变

生活中常见的沙漏都是

两个封闭的玻璃空腔构成，

里面装有光滑的玻璃微珠。

这些微珠单个来看

都是一个个普通的固体，

但是聚合在沙漏这个物体内部，

便形成了

似液体般流动的全新群体状态，

这在化工上称为“颗粒流”。

比如流动的沙子、雪、大米等

颗粒流。

甚至于在日常生活中遇到的

交通流、人流、散态物料输送、雪崩和泥石流也都属于颗粒流。

单独一个颗粒的运动行为可用牛顿运动定律精确描述出

其在某时间下的运动状态，

而当一群颗粒聚集在一起共同运动时，

对其行为的描述就变得错综复杂。

在研究中发现，

从同一竖直高度下落，

大小不同的颗粒流动速度不同，

易在出口处形成拱形结构而阻塞，

所以，

在沙漏下落的过程，

有时也会出现此种状况。

这个时候即可使用外力来

打破现有局面，

影响沙漏的下落速度。

除此之外，

还可以借助压强的变化

来改变沙漏下落的速度。

1993年Wu和Bideau等人

在研究中表明，

沙漏的下落速度并不是均匀的，

而是整体呈现波动的趋势

——忽快忽慢。

研究中对这一现象解释到，

沙子下落时，

上层玻璃空腔体积增大，

压强随之降低，

而下层的玻璃空腔体积减小，

压强随之增大，

正是这个微小的压差使沙漏下落减速，

随后上下气体重新连通，

压差消失，沙漏下落加速，

沙漏下落的全过程就是在

上下压强一增一减的交替中进行。

如果想改变沙漏的下落速度，

既可以从外部出发，

影响沙漏上下两个玻璃空腔的

压强大小即可。

其它计时方式探究

除了沙漏这种计时方式之外，

漏刻和日晷

也是古代人们常用的计时方式。

漏刻：其中“漏”是指漏壶，“刻”是指刻箭。在一个有小孔的漏壶中注满水，再用另一个放有刻度标记箭杆的容器收集从壶孔漏出来的水，箭杆上刻有96格，每格为15分钟，人们可根据箭杆上水面达到的标记来报告时间。

：也称，是利用太阳投射的影子来测定时刻的装置。通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。其中，铜制的指针叫做“晷针”，垂直与圆盘中心，石制的圆盘叫做“晷面”，安放在石台上，晷面平行于天赤道面，晷针的上端正好指向北天极，下端正好指向南天极。在晷面的正反两面刻划出12个大格，每个大格代表两个小时。当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷面，太阳由东向西移动，投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。于是，移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针，晷面则是钟表的表面，以此来显示时刻。

看完上面的介绍是不是被古人的智慧所折服呢！

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