漏和刻是我国古代一种计量时间的仪器,是古人发明的诸多计时工具中最有代表性的仪器,充分体现了我国古代劳动人民的智慧。
漏是指带孔的壶,刻是指附有刻度的浮箭。有泄水型和受水型两种。早期多为泄水型漏刻,水从漏壶孔流出,漏壶中的浮箭随水面下降,浮箭上的刻度指示时间;受水型漏刻的浮箭在受水壶中,随水面上升指示时间,为了得到均匀水流可置多级受水壶。
漏是漏水的壶,借助水的漏出以计量时间的流逝,是守时仪器。刻是带有刻度的标尺,与漏壶配合使用,随壶水的漏出不断反映不同的时刻,属于报时仪器。
从文献史料和逻辑推理来看,漏的出现当早于刻。
漏壶的起源应是相当早的。原始氏族公社时期制造的精美陶器,总会出现破损漏水的情况,而漏水的多少与所经时间有关,这就是用漏壶来计时的实践基础。
人们从漏水的壶发展到专门制造有孔的漏壶,这一仪器就诞生了。
据史书载,漏刻之作开始于轩辕之时,在夏商时期有了发展。轩辕黄帝是传说中的人物,漏壶为他所创不尽可信,但说在夏商时代有了很大发展还可考虑。
殷商时期已知立杆测影,判方向、知时刻,因而漏和刻的发明不会晚于商代。在先秦典籍中,见到有关漏的记述,在汉代以后文献中已经见有刻和漏刻的描写。
最原始的漏壶没有节制水流的措施,只是让其自漏,从满壶漏至空,再加满水接着漏。显然满壶和浅壶漏水的速度不同,但一壶水从满漏至空都是大体等时的。
如1976年在内蒙古自治区杭锦旗出土的西汉漏壶每次漏空大约10分钟,因而计量时间可用漏了多少壶来表示。
为了不间断地添水行漏,计数漏了多少壶,需要有人日夜守候,这也许就是《周礼·夏官司马》中提到“挈壶氏”的原因。书中说夏官司马所属有挈壶氏,设下士六人及史两人,徒十二人。
有军事行动时,掌悬挂两壶、辔、畚物。两壶,一为水壶,悬水壶以示水井位置;一为滴水计时的漏,命名击柝之人能按时更换。
如此众多的人员守候一个漏壶显然是很大的负担,人们必然会产生节制漏水速度的要求,或在壶内壁出水口处垫以云母片,或在漏水孔中塞以丝织物等,使漏水缓慢而又不断,这样每一壶水漏出的时间长了,就减轻了不断添水的负担。
由于不能以漏多少壶来计时,而要随时注意漏壶里的水漏掉多少,这就是刻产生的基础。最初可能是在壶内壁上刻画。后来为了便于读数,就放一支箭在壶里,在箭杆上划刻度,看水退到什么刻度就知道时间了。
由于漏水速度的减慢,改用刻来作为计量时间的单位,壶水的满浅影响漏水速率的问题就显得突出起来。
可以说,我国漏刻技术几千年的发展史就是克服漏水不均匀、提高计时精度的奋斗过程。
其间也有箭舟的创造,沉箭式和浮箭式的使用,以及称漏的发明等巧妙的设计。箭舟是浮在漏壶里的小舟,载刻箭以浮;沉箭式是指随着水的漏出,壶里水面下降,箭舟载刻箭下沉而读数;浮箭式是指另用一不漏水的箭壶积存漏出的水,水越积越多,水面升高,箭舟载刻箭浮起而读数;称漏是称漏出之水的重量来计时。
它们都属于报时和显示时间的装置,其报时的准确程度均受到漏水是否均匀的影响。
为了克服壶里水位的满浅影响漏水的速率这一问题,最初想到的当然是不断添水以保持壶里水位的基本稳定,这样沉箭式就不能使用,必然出现浮箭式。
不断添水这一工作又是件麻烦的事,因而就出现了多级漏壶,用上一级漏壶漏出的水来补充下一级漏壶的水位,使其保持基本稳定。显然,这样的补偿壶越多,最下面一个漏壶的水位就越是稳定。
东汉时期张衡做的漏水转浑天仪里用的是二级漏壶,晋代的记载中有三级漏壶,唐代用的是四级漏壶。从理论上来说还可以再加,但实际上是不可能无限制地增加补偿漏壶的数量的,因此保持水位稳定这一问题并未彻底解决。
宋代科学家燕肃迈出了关键性的一步,他抛弃了增加补偿漏壶这一老路,采用漫流式的平水壶解决了历史上长久未克服的水位稳定问题。这一发明在他制造的莲花漏中第一次使用。
莲花漏只用两个壶,叫“上匮”和“下匮”,其下匮开有两孔,一在上,一在下,下孔漏水入箭壶,以示浮箭读数,而从上孔漏出的水经竹注筒入减水盎。
只要从上匮来的水略多于下匮漏入箭壶的水,下匮的水位就会不断升高,当要高于孔时,多余的水必然经上孔流出,使下匮的水位永远稳定在上孔的位置上,这就起了平定水位的作用,使下匮漏出的水保持稳定。
莲花漏的发明和使用,是漏壶发展史上的重大成就。自宋代以后,莲花漏广泛应用于漏壶中,甚至发展成二级平水壶,使稳定性更加提高。
在解决水位稳定的漫长岁月中,对其他影响漏水精度的问题也做出了许多改进。
其中有保持水温、克服温度变化影响水流的问题;采用玉做漏水管,克服铜管久用锈蚀的问题;渴鸟(即虹吸管)的使用,克服了漏孔制造的困难;用洁净的泉水,克服水质影响流速;采用控制漏水装置“权”,调节流水速度等。这些无疑也是我国漏壶发展史上的成就。
由于历代科学家的不懈努力,漏壶技术得到了很大发展。对于漏壶精度,我国古代很早就知道用测日影和观测恒星的方法同漏刻作比对,以校准漏刻。
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司马穰苴是齐景公时人,曾以将军衔准备率兵抵御燕晋两国的军队。出征前,他与监军庄贾约定第二天正午在军门外会面。第二天,正午的时候庄贾没有到,司马穰苴就推倒木表,倒掉漏壶里的水。到了傍晚,庄贾才到。司马穰苴责问之后,将其斩首,三军皆震,人人都奔赴战场。