Кто придумал сейсмограф. Кто придумал Сейсмограф - Когда Изобрели? Сейсмографы, используемые учеными

Сейсмограф (от др.-греч. σεισμός - землетрясение и др.-греч. γράφω - записывать) или сейсмометр - измерительный прибор, который используется в сейсмологии для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн. Прибор для определения силы и направления землетрясения .

Первая известная попытка изготовить прибор, предсказывающий землетрясения, принадлежит китайскому философу и астроному ЧжанХэну.

ЧжанХэн изобрел устройство, которому дал имя Хоуфэн «» и которое могло фиксировать колебания земной поверхности и направление их распространения.

Хоуфэн и стал первым в мире сейсмографом. Прибор состоял из большого бронзового сосуда диаметром 2 м, на стенках которого располагались восемь голов дракона. Челюсти у драконов раскрывались, и у каждого в пасти был шар.

Внутри сосуда находился маятник с тягами, прикрепленными к головам. В результате подземного толчка маятник приходил в движение, действовал на головы, и шар выпадал из пасти дракона в открытый рот одной из восьми жаб, восседавших у основания сосуда. Прибор улавливал подземные толчки на расстоянии 600 км от него.

1.2. Современные сейсмографы

Первый сейсмограф современной конструкции изобрел русский ученый, князь Б. Голицын , который использовал преобразование механической энергии колебаний в электрический ток.

Конструкция довольно проста: грузик подвешивается на вертикально или горизонтально расположенной пружине, а к другому концу груза крепится перо самописца.

Вращающаяся бумажная лента служит для записи колебаний груза. Чем сильнее толчок, тем дальше отклоняется перо и дольше колеблется пружина.

Вертикальный груз позволяет регистрировать горизонтально направленные толчки, и наоборот, горизонтальный самописец записывает толчки в вертикальной плоскости.

Как правило, горизонтальная запись ведется в двух направлениях: север–юг и запад-восток.

В сейсмологии в зависимости от решаемых задач используются различные виды сейсмографов: механический, оптический или электрический с различными видами усилений и методами обработки сигнала. Механический сейсмограф включает чувствительный элемент (обычно маятник и демпфер) и самописец.

Основание сейсмографа жёстко связано с исследуемым объектом, при колебаниях которого возникает движение груза относительно основания. Записывается сигнал в аналоговой форме на самописцах с механической записью.

1.3. Создание сейсмографа

Материалы: Картонная коробка; шило; лента; пластилин; карандаш; фломастер; бечевка или крепкая нитка; кусок тонкого картона.

Рамой для сейсмографа послужит картонная коробка. Нужно, чтобы она была сделана из достаточно жесткого материала. Открытая ее сторона будет лицевой частью прибора.

Надо проделать шилом отверстие в верхней крышке будущего сейсмографа. Если жесткости для «рамы » не хватает, надо обклеить скотчем углы и ребра коробки, укрепив ее, как показано на фотографии.

Скатать шарик из пластилина и проделать в нем отверстие карандашом. Протолкнуть фломастер в отверстие таким образом, чтобы кончик его ненамного высовывался с противоположной стороны пластилинового шарика.

Это указатель сейсмографа, предназначенный для того, чтобы вычерчивать линии земных вибраций.

Пропустить конец нити через дырочку в верхней части коробки. Установить коробку на нижнюю сторону и подтянуть нить таким образом, чтобы фломастер был свободно подвешен.

Привяжите верхний конец нити к карандашу и вращайте карандаш вокруг оси, пока не выберете слабину нити. Когда фломастер повиснет на нужной высоте (то есть будет лишь слегка касаться дна коробки), зафиксируйте карандаш на месте с помощью скотча.

Подсунуть лист картона под кончик фломастера на дно коробки. Отрегулировать все так, чтобы кончик фломастера легко касался картона и мог оставлять линии.

Сейсмограф готов к работе. Он использует тот же принцип действия, что и настоящее оборудование. Утяжеленный подвес, или маятник, будет более инерционным по отношению к тряске, чем рамка.

Чтобы проверить устройство на деле, незачем дожидаться землетрясения. Просто надо встряхнуть рамку. Подвес останется на месте, но начнет чертить линии на картонке, как самый настоящий.

| Сейсмограф

Сейсмограф (греческое происхождение и образовано от двух слов: «seismos » - сотрясение, колебание, и «grapho » - писать, записывать) - специальный измерительный прибор, который используется в сейсмологии для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн.

Древние времена

Китай славится своими изобретениями, но и они, увы, устаревают и меняются. Бумага эволюционировала до цифровых носителей, порох давно стал «жидким» и даже компасов развелось более дюжины разновидностей. Или, к примеру, сейсмограф. Современный аппарат для фиксирования колебаний земли выглядит солидно – вылитый детектор лжи или шпионский прибор. Он совсем не похож на самый первый сейсмограф - немного нелепый на вид, но довольно точный. Его изобрел во времена правления династии Хань (25-220 н.э.) ученый Чжан Хэн.

Создатель первого сейсмографа родился в городе Наньян (провинция Хэнань). Ещё в детстве Хэн проявлял любовь к наукам. С годами он вошел в китайскую историю и сделал много полезного для астрономии и математики. В исторических заметках того времени значится, что этот изобретатель был спокойным и уравновешенным и старался не высовываться. Кроме увлечения наукой Чжан Хэна умел писать стихи.

Изобретатель сейсмографа

Землетрясение – нарушение баланса между Инь и Ян В древние времена считалось, что землетрясения – очень недобрый знак и гнев небес. В древней китайской философии даже было придумано специальное ученье, которое разбирало по косточкам баланс между двумя силами Инь и Ян. Естественно, эта наука не могла обойтись без объяснения такого феномена, как землетрясение. По мнению китайцев того времени, земля сотрясается не просто так, а из-за глобального нарушения баланса.

Почему иногда случаются подземные толчки, сила которых может привести к катастрофе? Все списывалось на неправильные решения китайских правителей. Увеличились налоги? Небеса накажут Китай землетрясением! Развязана война? Жди беды! Большой процент землетрясений, которые происходили тогда, были скрупулезно описаны. Историки считали важным писать обо всем, что творилось в такой неблагоприятный день.

Благодаря исследованиям Чжан Хэна было установлено, что землетрясения - естественное явление, узнать о котором можно заранее. Для этой цели он и создал сейсмограф.

Принцип работы первого китайского сейсмографа

Схема, по которой работал аппарат была следующей:

Когда начиналось землетрясение, первые толчки земли заставляли детектор трястись.

При этом, шарик, который был помещен внутрь дракона, начинал двигаться.

Затем он падал из пасти мифической рептилии прямо в рот жабы.

Принцип работы китайского сейсмографа
Во время падения шарика раздавался характерный лязгающий звук. Удивительно, но первый сейсмограф указывал даже направление, в котором находился эпицентр землетрясения (для этого на приборе были прикреплены дополнительные драконы). К примеру, если шар выпал из дракона с восточной части прибора, значит, беды нужно ждать на западе.

Первый сейсмограф - не только научный, но и художественный артефакт. Почему в его конструкцию входят именно драконы и жабы? Они являются философским символом времени. Соответственно, драконы – это Инь, а жабы – Ян. Взаимодействие между ними символизируют баланс между «верхом» и «низом». Даже с учетом всех научных открытий, Чжан Хэн не забывал вплести в свое изобретение традиционные верования.

Судьба-злодейка

Судьба многих древних деятелей науки была не самой радужной (некоторых даже на кострах сжигали за убеждения). Действительно, одно дело изобрести то, что прославит тебя на века, а другое – сделать так, чтобы тебя оценили современники. Даже Чжан Хэн не смог избежать скепсиса во время демонстрации сейсмографа императору Шунь Ян Цзя. Придворные отнеслись к изобретению ученого с большим недоверием.

Скепсис немного развеялся в 138 году н.э., когда сейсмограф Чжан Хэна зафиксировал землетрясение в районе Лунси. Но даже после доказательства того, что аппарат в полевых условиях работает успешно, большинство побаивалось Чжан Хэна. Да, древние китайцы не лишены суеверий.

Китайский сейсмограф

Точная копия устройства

Оригинальный сейсмограф уже давно канул в Лету. Тем не менее, китайские и иностранные ученые, которые исследовали труды Чжан Хэна, смогли реконструировать его изобретение. Последние испытания подтверждают: сейсмограф древнего китайца может обнаружить землетрясение с точностью, которая практически не уступает современному оборудованию.

Китайский сейсмограф в музее
Сегодня воссозданный древний сейсмограф хранится в выставочном зале Музея истории Китая в городе Пекин.

XIX век

В Европе серьёзно изучать землетрясения начали значительно позже.

В 1862 г. вышла в свет книга ирландского инженера Роберта Малета «Великое неаполитанское землетрясение 1857 г.: основные принципы сейсмологических наблюдений». Малет совершил экспедицию в Италию и составил карту пораженной территории, разделив ее на четыре зоны. Введенные Малетом зоны представляют собою первую, достаточно примитивную, шкалу интенсивности сотрясений. Но сейсмология как наука начала развиваться только с повсеместным появлением и внедрением в практику приборов для регистрации колебаний почвы, т. е. с появлением научной сейсмометрии.

В 1855 г. итальянец Луиджи Пальмиери изобрел сейсмограф, способный регистрировать удаленные землетрясения. Действовал он по такому принципу: при землетрясении ртуть проливалась из шарообразного объема в специальный контейнер в зависимости от направления колебаний. Индикатор контакта с контейнером останавливал часы, указывая точное время, и запускал запись колебаний земли на барабан.

В 1875 г. еще один итальянский ученый, Филиппо Секи, сконструировал сейсмограф, который включал часы в момент первого толчка и записывал первое колебание. Первая дошедшая до нас сейсмическая запись сделана именно с помощью этого прибора в 1887 г. После этого начался быстрый прогресс в области создания инструментов для регистрации колебаний почвы. В 1892 г. группа английских ученых, работавших в Японии, создала первый достаточно удобный в обращении прибор сейсмограф Джона Милна. Уже в 1900 г. функционировала мировая сеть из 40 сейсмостанций, оборудованных приборами Милна.

XX век

Первый сейсмограф современной конструкции изобрел русский ученый, князь Б. Голицын, который использовал преобразование механической энергии колебаний в электрический ток .

Б. Голицын
Конструкция довольно проста: грузик подвешивается на вертикально или горизонтально расположенной пружине, а к другому концу груза крепится перо самописца.

Вращающаяся бумажная лента служит для записи колебаний груза. Чем сильнее толчок, тем дальше отклоняется перо и дольше колеблется пружина. Вертикальный груз позволяет регистрировать горизонтально направленные толчки, и наоборот, горизонтальный самописец записывает толчки в вертикальной плоскости. Как правило, горизонтальная запись ведется в двух направлениях: север–юг и запад-восток.

Заключение

Как правило, крупные землетрясения не возникают неожиданно. Им предшествуют серии мелких, почти незаметных толчков особого характера. Научившись предсказывать землетрясения, люди смогут избегать гибели из-за этих катаклизмов и минимизировать наносимый ими материальный ущерб.

Кто изобрел сейсмограф?

Первый из известных приборов, способных улавливать колебания земной поверхности, был изобретен в 132 году китайским астрономом Чжан Хэном. Прибор состоял из большого бронзового сосуда около двух метров в диаметре, на внешних стенках которого располагались 8 драконьих голов. Челюсти у драконов раскрывались, у каждого в пасти был шар. Внутри сосуда находился маятник с тягами, каждая прикреплялась к голове дракона.

Когда в результате подземного толчка маятник приходил в движение, тяга, соединенная с головой, обращенной в сторону толчка, раскрывала пасть дракона, шар из нее выкатывался и падал в открытый рот одной из 8 жаб, восседавших у основания сосуда. Прибор был весьма чувствительным: он улавливал подземные толчки, эпицентр которых находился за 600 километров от него.

В обсерватории на Везувии сейсмограф, способный регистрировать прохождение сейсмических волн, их амплитуду, направление и время толчка, был установлен лишь в 1856 году.

Со времени учреждения в 1960 году Всемирной эталонной сейсмографической сети практически во всех уголках земного шара были созданы станции, оборудованные стандартными приборами и действующие по единому времени.

В 132 году нашей эры в Китае учёный-изобретатель Чжан Хэн представил первый сейсмоскоп, который, как считается, был способен предсказывать землетрясения с точностью современных инструментов.

В исторических записях сохранилось точное описание его внешнего вида и того, как он функционировал, а вот точная внутренняя конструкция до сих пор остаётся загадкой. Неоднократно учёные предпринимали попытки создать модель такого сейсмоскопа, выдвигая различные теории о принципе его работы.

Наиболее распространённая из них гласит, что маятник внутри медной колбы приходит в движение во время подземных толчков, даже если эпицентр землетрясение находится за сотни километров. В свою очередь маятник ударял по системе рычагов, с помощью которой открывалась пасть одного из восьми драконов, располагающихся снаружи.

Реконструкция древнего сейсмоскопа времён династии Восточная Хань (25—220 н.э.) и его изобретатель Чжан

В пасти каждого животного находился бронзовый мяч, который падал в железную жабу, производя при этом громкий звон. В исторических очерках говорится, что производимый звук был настолько громким, что мог разбудить всех жителей императорского двора.

Дракон, пасть которого раскрывалась, указывал, в какой стороне произошло землетрясение. Каждому из восьми животных принадлежало одно из направлений: Восток, Запад, Север, Юг, северо-восток, северо-запад, юго-восток и юго-запад соответственно.

Изобретение поначалу встретили со скепсисом, несмотря на то, что Чжан уже на тот момент был известным учёным, которого имперский двор назначил на пост главного астронома. Но примерно в 138 году нашей эры, бронзовый мяч издал первый сигнал тревоги, указав, что землетрясение произошло к западу от столицы Лоян.

Сигнал был проигнорирован, так как никто в городе не ощутил признаков землетрясения. Спустя несколько дней из Лояна прибыл гонец с новостью о сильных разрушениях: город, находящийся на расстоянии 300 км, в результате стихийного бедствия лежал в руинах.

Учёный из Института геофизики в Китае определил, что первое землетрясение, обнаруженное таким сейсмоскопом, произошло 13 декабря 134 года и имело силу в 7 баллов.

Таким образом, аппарат был создан с целью выявления землетрясений в отдалённых регионах, но он функционировал только при жизни своего изобретателя. По всей видимости, устройство первого сейсмоскопа было настолько сложным, что только сам учёный мог поддерживать его в работоспособном состоянии.

Современные попытки воссоздания копии увенчивались переменным успехом, и все они были созданы на основе использования инерции, принципа, который используется и в современных сейсмографах.

В 1939 году японский учёный создал модель подобного сейсмоскопа, но не во всех случаях мяч падал точно по направлению эпицентра землетрясения.

Более точную реконструкцию изобретения удалось создать совместно учёным из Китайской академии наук, Национального музея и Китайского сейсмологического бюро в 2005 году.

Как сообщают китайские СМИ, аппарат отреагировал точно на воспроизведённые волны пяти произошедших землетрясений в Таншане, Юньнани, Цинхай-Тибетском нагорье и Вьетнаме. В сравнении с современными приборами, сейсмоскоп показал удивительную точность, а его форма была такой же, как описано в исторических текстах.

Тем не менее, не все склонны верить в эффективность работы первого сейсмоскопа. Роберт Райтерман, исполнительный директор Консорциума университетов по исследованиям в области сейсмостойкого строительства, выразил скептицизм в отношении точности аппарата, описанного в исторических рассказах.

«В случае, если эпицентр землетрясения находился на близком расстоянии, вcя конструкция так сильно шаталась, что шары одновременно выпадали бы из всех драконов. На далёком же расстоянии движения земли не оставляют чёткого следа, чтобы идентифицировать, из какой именно стороны исходят вибрации. Так как до того момента, когда колебания земной поверхности достигают сейсмоскопа, они происходят в разных направлениях скорее всего хаотично», — пишет он в своей книге «Инженеры и землетрясения: международная История».

Если сейсмоскоп действительно так точно работал, как это было описано в исторических записях, на что также намекает функционирование современных копий, то гений Чжана до сих пор остаётся недосягаемым.

Чжан Хэн (78 — 139) — китайский философ, мыслитель-энциклопедист, литератор, поэт, государственный деятель и учёный, которому принадлежат мировые открытия и изобретения в математике, астрономии, механике, сейсмологии и географии.

Со времени образования земного шара основание поверхности постоянно находится в движении. Земная кора при движении может привести к страшным последствиям в виде такого явления, как землетрясение. При наползании одной плиты на другую накапливается внутреннее напряжение материковой коры, при прохождении критической точки освобождается накопленная энергия, вызывая страшные разрушения. Чтобы избежать жертв при землетрясении и для исследований самого явления, был изобретен прибор сейсмограф. С его помощью стало возможно определять количество энергии, высвобожденное при колебаниях земной коры.

Что такое сейсмограф

Само слово "сейсмограф" происходит от греческого и прямо обозначает "записывать", "землетрясение". Самый древний сейсмограф был изготовлен в древнем Китае. Он представлял собой большую бронзовую чашу, которая держалась на восьми драконах, в раскрытой пасти каждого дракона находился шар. Внутри чаши был подвешен маятник, прикрепленный к стойке, которая была установлена жестко на основании плиты, лежащей на поверхности земли. При возникновении колебания маятник ударял по стенке чаши, и из пасти дракона выпадал шар, попадая в пасть металлической жабе, находящейся внизу этой конструкции. Такое устройство могло фиксировать колебания за 600 км от ее нахождения.

Принцип работы

Принцип работы сейсмографа основан на передаче колебаний предметам, установленным на участке земной коры. При нахождении одной плиты земной коры на другую накапливается огромное количество энергии, при ее высвобождении происходит сотрясение.

Что такое сейсмограф? Современные приборы состоят из маятника, подвешенного на нити и закрепленного к стойке, прочно стоящей на грунте. На конце маятника имеется перо, которое при колебании будет вычерчивать амплитуду значения деформации. Барабан с бумагой, на которой будет отображаться процесс землетрясения, устанавливается также на грунте жестко. Когда происходит землетрясение, маятник за счет инерции остается на месте, а барабан с бумагой совершает колебательные движения, вычерчивая значение энергии, высвобождаемой при явлении землетрясения. Современные приборы способны контролировать даже незначительные изменения, не несущие разрушения.

Что такое сейсмограф у животных? Их организм устроен так, что малейшие изменения в атмосфере и состоянии земной поверхности в радиусе нескольких километров вызывают у них тревогу. Срабатывает закон самосохранения, и они покидают опасные территории. Самыми чувствительными к явлению землетрясения считаются относящиеся к видам амфибий и рептилий, то есть змеи, лягушки, ящерицы.

Характеристики

Современные сейсмографы способны определять и измерять амплитуду колебаний в трех плоскостях. Измеряя виброскорость, сейсмографы имеют диапазон частот измерения от 0,3 до 500 Гц, при диапазоне измерения скорости колебания - от 0,0002 до 20 мм/с. Сейсмографы бывают как переносные, так и стационарные. Последние выполняют больших размеров и устанавливают конкретно один раз и на весь срок службы. Переносные возможно переустанавливать в определенное место в зависимости от местности. Все современные модели снабжены программными интерфейсами и передают напрямую все свои измерения в базу данных на компьютер.

Особенности применения

Что такое сейсмограф и куда его установить? Его размещают на потенциально опасных участках, где возможны проявления колебаний земной коры. Переносные сейсмографы устанавливают на участках горных или подземных разработок, чтобы избежать человеческих жертв, предупредив землетрясения и эвакуировав рабочий персонал. При установке следует учитывать, что прибор может давать серьезные погрешности, если устанавливать его вблизи дорог, где возможен проезд тяжелой техники.