水運儀象臺為什麼會「走」?有一位展示現場看不到的關鍵角色?
水運儀象臺既然有時鐘和報時的功能,那他究竟是靠什麼動力在運轉呢?雖然水運儀象臺背後有好幾層看起來像水車的構造,可是如果不仔細觀察,還是不大容易看出來水運儀象臺究竟為什麼會「走」的喔。
首先,請觀眾走到水運儀象臺的另一邊側面,像下面照片的位置。照片中有個紅色虛線框起來的區域,框框左邊是拿著時刻牌子和報時人偶的報時塔(正式的名稱是「晝夜機輪」),框框右邊則是有好幾個會轉動的水車。請仔細觀察框框中黃色箭頭所指的地方,找到帶動左邊晝夜機輪旋轉的機關。並在框框中藍色箭頭所指的地方,找到最大那一座水車(正式的名稱是「樞輪」)轉動時究竟和晝夜機輪的轉動有什麼關係。
首先,在黃色箭頭所指的地方,各位有看見兩個相接的齒輪嗎?左邊的齒輪(下圖A)在晝夜機輪的最上方,稱為「撥牙機輪」。這個撥牙機輪轉動時,晝夜機輪就會跟著轉動,而帶動晝夜機輪的就是右邊那根柱子上的齒輪(下圖B)。這根柱子稱做「天柱」,他在後面還會出現好幾次。
順著天柱往下,在圖中藍色箭頭所指的地方,同樣可以看見兩個相接齒輪。天柱上的齒輪(上圖C,稱為「天柱下輪」)和右邊的齒輪(上圖D)相接。如果右邊的齒輪(上圖D)轉動,就可以帶動天柱下輪(上圖C)和天柱一起轉動。天柱轉動時,天柱上方的齒輪(上圖B)就會轉動,帶動撥牙機輪和晝夜機輪的轉動。
所以,大家有看出最關鍵的齒輪(上圖D)是被誰帶動的嗎?對,就是右邊的大水車「樞輪」啊!
(可以參考「用樂高積木認識水運儀象臺的齒輪傳動」一文)
從剛剛到現在,大家一定每隔一段時間就會聽到樞輪轉動的聲音。而且樞輪是每隔一段時間「間歇式」轉動,並不是持續不斷地轉動。而樞輪究竟是怎麼轉動的,需要我們定神觀察一下。由於受到現場設備反光的影響,要仔細一點才能看見推動樞輪運轉的關建設計喔。
請大家還是站在原地,觀察下圖中紅色箭頭所指的地方,看看能不能找到推動樞輪的力量是從哪裡來的呢?
找到了嗎?在上圖紅色箭頭的那個位置,應該可以看見一根長長的管子(如下圖),這根管子的尖端會不停流出水,注入樞輪上的木盒(受水壺)。當一個受水壺裡面注入足夠的水之後,受水壺好像就會向下壓,讓樞輪轉動一下。然後另一個空的受水壺又開始在管子前端接水,直到下一次轉動。
如果是管子流出的水推動了整個水運儀象臺,那管子裡的水又是從哪裡來的呢?其實管子裡的水是從高、低兩個水箱(如下圖)流出來的,較低的水箱稱為「平水壺」,管子的水就是從平水壺流出來。較高的水箱稱為「天池」,天池的水會流入平水壺中。但是兩個水箱被包覆在金屬的箱子裡面,所以大家沒辦法直接看到。而天池的水則是從另外一個較小的水車而來,大家要走到水運儀象臺的後方才可以看得比較清楚。
從水運儀象臺後方可以看見兩個分別在轉動的水車,一個較高、一個較低(如下圖)。較高的水車稱為「昇水上輪」,較低的水車稱為「昇水下輪」。
昇水上輪掛著很多裝水的盒子,這些盒子會從一個船型的水槽(稱為昇水上壺)盛水,隨著昇水上輪的轉動,裝滿水的盒子會在最上方被一個水槽卡住(如下圖),倒出盒子裡的水。這些水就會順著稱為「天河」的水道,流入天池。
而昇水上壺裡的水,則是以同樣的方式來自昇水下壺和昇水下輪的轉動(下方的船型水槽和下方的水車)。
講到這裡,大家是不是已經搞清楚水運儀象臺為什麼會轉動了呢?
還沒啊!!!還沒有人告訴我昇水上輪和昇水下輪為什麼會轉動啊?如果水沒有從地面運到天池,樞輪就不會轉動,水運儀象臺也不會轉動啊??
大家不用再找了,你怎麼找也找不到答案的,因為目前科博館裡的昇水上輪和昇水下輪是用電動的啦!
其實1000年前水運儀象臺的運作,還有一個額外的配置,目前在科博館是看不到的。我可以提供兩個提示,讓觀眾猜看看,那個額外的配置究竟是什麼。提示一:昇水上輪和昇水下輪前面,有個帶階梯的小臺子,這個臺子可能是幹嘛的?提示二:昇水上輪表面有一圈好像是「把手」的轉輪(稱為「河車」),這個河車可能是幹嘛的?
想好了嗎?答案要公布了喔!
答案就是,這裡要站一個人,日夜輪班轉動河車,就可以帶動昇水上輪和昇水下輪的轉動,水運儀象臺就可以運轉(如下圖)。因為科博館目前並沒有派人在這裡工作(人力太貴了),所以就用電動的方式讓昇水上輪和昇水下輪轉動。不知情的觀眾即使再怎麼仔細觀察,恐怕也想不通水運儀象臺運轉的原理吧。
但是,如果水運儀象臺只是靠人力轉動,那時鐘的功能會準確嗎?其實,水運儀象臺最大的機密就是「如何讓時間可以準確」,這個原理甚至和數百年後的現代鐘錶都有相似的地方,是當時相當先進的設計喔!