指南针是我国古代劳动人民的结晶 。早在战国时期,就已经发现了天然磁石吸铁和指示南北的现象 。磁石把许多铁屑紧紧吸在起,当时把磁石叫做“慈石”就像母亲拥抱孩子一样 。
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古代指南车人们利用磁石指示南北的特性,制成了指南工具—司南 。《韩非子·有度篇》有明确记载:“先王立司南以端朝夕” 。由此可见,司南在韩非之前就已经出现了，这是古代人民的智慧结晶 。
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汉代司南
到了汉代时期，司南的形制和使用方法在《论衡·是应篇》中有所叙述:一把小勺,安放在地盘上,小勺静止时,勺柄指向南方 。后人根据这条资料和地下出土的汉代地盘实物,制成了汉代司南模型 。小勺是用天然磁体磨成的,勺头底部是半球面,非常光滑,外力拨动勺柄,勺体即以球面顶端为圆心在地盘上旋转 。地盘用铜做成,内圆外方 。中心圆的圆面也磨得非常光滑,尽量减少勺体与地盘的摩擦,以保证勺体指示方向的准确性;中心圆外围依次布列八卦、天干(缺“改己”)、地支和二十八宿,除重合的不计外,共标出了24个方向 。当小匀静止时,可以很方便地识别所指示的方向 。这种勺形司南到8世纪时仍在应用 。唐人韦肇的《瓢赋》中就有描述 。
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唐代天文铜镜
进入宋代时期,我国民间已经会制造人工磁体,这是一个跨越式飞跃 。制造人工磁体的方法有两种:一是把铁片剪成鱼形,放在火里烧红,趁热夹出,顺南北方向放置地面,冷却后因受地磁感应而带有了磁性;虽然磁性很弱,但人们用这种方法制成了指南鱼 。另一种方法是把钢针放在天然磁体上摩擦,因传磁面有了磁性 。据沈括《梦溪笔谈》记载,北宋时有四种不同装置的针型指南针即水浮法、缕悬法、指甲法和碗唇法 。
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北宋缕悬法指南针
缕悬法是把一根磁针用单丝粘住,悬在木架上,针下则安放一个标有方位的圆盘,静止时,钢针就指示南北 。沈括在试验缕悬法指南针时,多次发现磁针并不是指示正南正北,而是微偏西北和东南,从而发现了地磁偏角一—地球南北极连线交叉构成的夹角 。
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北宋水浮法指南针水浮法指南针是把磁针横穿灯草心,放在水碗内，利用灯草的浮力和水的滑动力,磁针则指示南北 。缕悬法指针转动灵活,在指导方位上准确性较高,但使用时不能有风,物体不得晃动,有很多限制 。水浮法指南针漂浮水面,能相对保持磁针的水平和稳定,比较实用,正是这种指南针,首先应用于航海事业 。
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元代指南龟
我国是最早把指南针应用于航海的国家 。指南针在航海上的应用,又加速了指南针本身的发展 。到了南宋时期,开始把磁针与分方位的装置组成一个整体，这种仪器近代叫罗盘,古代则有不同的名称,或曰地螺(罗),或曰针盘,还有叫子午盘、定盘针、经盘的 。1274年(宋度宗咸淳十年)吴自牧《梦粱录》里面提到,舟船遇“风雨冥晦时,惟凭针盘而行” 。最晚到这时,指南针已经发成罗盘针了 。但直到明代中叶,罗盘针仍然是水浮针 。
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