地震是一種破壞力大的地質(zhì)災(zāi)害。在我國(guó)的東漢時(shí)期，就有一個(gè)叫張衡的學(xué)者，發(fā)明了一款叫做“地動(dòng)儀”的儀器——此儀器據(jù)說(shuō)能判定地震發(fā)生的方位(因?yàn)楣糯鷽](méi)有電話與遙感衛(wèi)星，所以看起來(lái)這個(gè)儀器對(duì)于及時(shí)救災(zāi)還是很實(shí)用)。
那么，張衡的地動(dòng)儀是不是真的有效呢?
我們可以從力學(xué)的角度上來(lái)分析這個(gè)事情。
我們知道，張衡時(shí)代的儀器是機(jī)械儀器，那時(shí)候還沒(méi)有電子設(shè)備，什么傳感器，模擬電路與數(shù)字電路都是沒(méi)有的，唯一有的就是青銅器。那么張衡在公元134年前做的地動(dòng)儀的核心部件就是一個(gè)青銅的圓柱子——根據(jù)《后漢書(shū)》的語(yǔ)焉不詳?shù)挠涊d，我們大致可以判斷，該圓柱子可以存在3種不同的可能性，分別是：
a：上端自由，下端固定
b：下端自由，上端固定
c：上端與下端都是自由的，都不固定
地震發(fā)生前，這根圓柱子會(huì)朝某一個(gè)方向傾倒，砸中那個(gè)方向上的龍吐出珠子，被底下的蛤蟆接住。
因此，從力學(xué)原理上來(lái)看，這圓柱子在地震來(lái)臨之時(shí)傾倒，這就是利用了所謂“共振”的物理原理。
共振的意思是說(shuō)：銅柱子的固有頻率(任何固體都有一個(gè)固有頻率，所有大橋也有固有頻率，軍隊(duì)在大橋上齊步走的頻率如果與大橋固有頻率相同，就會(huì)發(fā)生共振)與地震來(lái)臨前發(fā)射的次聲波(一種頻率小于20赫茲的聲波)的頻率非常非常接近，所以銅柱子從地震次聲波里吸收了能量，導(dǎo)致共振的發(fā)生，銅柱子的振幅越來(lái)越大，馬上就會(huì)倒塌。
那么，問(wèn)題來(lái)了，銅柱子應(yīng)該朝哪個(gè)方向倒塌?
根據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)馮銳等人的試驗(yàn)，銅柱子的倒塌方向是隨機(jī)的，不一定會(huì)朝地震發(fā)生的那個(gè)方向倒塌。
因此，可以說(shuō)，張衡的“地動(dòng)儀”是利用“共振”原理來(lái)工作，這一點(diǎn)是值得肯定的(因?yàn)榈卣鹎暗拇温暡▊鞑ニ俣群芸欤诘卣鸬目v波與橫波傳過(guò)來(lái)之前，次聲波早一步到達(dá)事發(fā)地點(diǎn)，因此這個(gè)地動(dòng)儀有一定的預(yù)測(cè)地震的作用)，但此“地動(dòng)儀”是無(wú)法判定地震發(fā)生的方位的。
用共振來(lái)解釋生活現(xiàn)象，從東漢到晉朝，已經(jīng)成為當(dāng)時(shí)學(xué)界的主流思想之一。晉朝學(xué)者張華就曾經(jīng)在他的書(shū)《博物志》里解釋了一個(gè)現(xiàn)象：當(dāng)時(shí)有些老百姓家里的銅臉盤(pán)每天早上晚上都會(huì)莫名其妙的自己顫抖起來(lái)，發(fā)出嗡嗡的聲音，張華解釋說(shuō)，這是因?yàn)殂~臉盤(pán)的固有頻率與皇宮里早晚2次敲鐘的聲音頻率一致了，發(fā)生了共振。
因此，張衡的地動(dòng)儀，也可以被張華的理論所解釋。
由于張衡的地動(dòng)儀早已失傳，現(xiàn)在我們能看到的地動(dòng)儀模型都是后人根據(jù)史籍復(fù)原的。其中現(xiàn)在最常見(jiàn)的老模型，即1951年的王振鐸模型，近年已被證明從外形到原理均錯(cuò)誤。另一種模型由中國(guó)地震局馮銳(2005年)提出，即“都柱”是懸垂擺，擺下方有一個(gè)小球，球位于“米”字形滑道交匯處(即《后漢書(shū)·張衡傳》中所說(shuō)的“關(guān)”)，地震時(shí)，“都柱”撥動(dòng)小球，小球擊發(fā)控制龍口的機(jī)關(guān)，使龍口張開(kāi)。另外，馮銳模型還把蛤蟆由面向樽體改為背向樽體并充當(dāng)儀器的腳。該模型經(jīng)模擬測(cè)試，上面提到的第2種情況的圓柱子靈敏度高，在地震發(fā)生的時(shí)候能做出很好的響應(yīng)，但無(wú)法感知地震發(fā)生的方位，試驗(yàn)結(jié)果與歷史記載(張衡地動(dòng)儀預(yù)測(cè)隴西地震這件事情)部分吻合。
因此，要想預(yù)測(cè)地震的方位，還需要更先進(jìn)的儀器設(shè)備，這對(duì)東漢時(shí)代的張衡來(lái)說(shuō)，是一個(gè)不可能完成的任務(wù)