沙漏计时器的原理(为什么古代十五分钟称为“一刻”？)

在古装戏剧或小说中，经常看到或听到这样的话︰“你等我一刻钟。”另《汉书．昌邑哀王刘髆传》上载︰“夜漏未尽一刻。”以上出现的“一刻”都是指十五分钟的时间。那么，为什么古代十五分钟称为“一刻”呢？

谈这个典故之前，我们要先了解古代的计时器具。古人对于时间的重视始于农耕时代，因此在不同时期，就会发明和制造各种适应于当时社会经济发展及生活需求的计时器。这些计时器主要有圭表、日晷、漏刻等，以下先简单地介绍这几项计时器。

圭是平卧的尺，表是直立的标竿。圭表，早在商、周时期即被使用，是中国最古老而又简单、重要的测量日影的器具，由垂直的表和水平的圭所组成。它是利用立竿见影的原理来测量日影长度，进而推算时辰。

圭表有测定冬至日所在，而确定回归年长度的功能。另经由圭表观测日影的变化，可确定方向和节气。如《宋史．卷七十六．律历志九》上载︰“观天地阴阳之体，以正位辨方、定时考闰，莫近乎圭表。”

日晷仪，又称为“日规”，简称“日晷”。日晷是由圭表演变而来的，在西汉以前是人们普遍使用的计时工具。它是一种利用日影测量时间的仪器，如《说文解字》中载︰“晷，日景也。”日景即为日影。

日晷通常由石制的晷盘和铜制的晷针组成，并在晷盘的两面刻划出十二个大格，每个大格代表两个小时。使用时，只要观察日影投射在晷盘上的位置，就能推算时间。

圭表、日晷都是利用日影来推算时间，但到了晚上或阴雨天便失去作用。如清朝钱泳《履园丛话．艺能．铜匠》曰︰“测十二时者，古来惟有漏壶，而后世又作日晷、月晷，日晷用于日中，月晷用于夜中，然是日有风雨，则不可用矣。”

因此，适用于日夜、阴晴的漏刻计时器便应运而生。漏，指漏壶；刻，指箭刻，箭上有刻度，是放置在漏壶内以标记时刻的组件。

漏刻又称为漏壶，是中国古代的一种水钟，古人以水量来推算时间。早在春秋时期，漏壶计时的发展已有很高水准。而历代也设有专职机构负责管理，民间应用相当普及，是古代重要的计时刻漏器。如《隋书．天文志》：“昔黄帝创观漏水，制器取则，以分昼夜。其后因以命官，周礼挈壶氏则其职也。”挈壶氏，即为掌漏刻之官。

漏壶，通常使用铜壶盛水，滴漏以计时刻，故又称为“铜壶滴漏”。铜壶滴漏的使用原理，是利用滴水多寡来计量时间。漏壶有泄水型的沉箭漏、受水型的浮箭漏两种。

沉箭漏古老而简单，只有单壶，壶的底部有小孔，壶中有箭刻。使用时，壶中的水由小孔流至壶外，箭刻随之逐渐下沉，以显示时间。浮箭漏的发明晚于沉箭漏，但功能优于前者。它分供水的播水壶及置放箭刻的受水壶两部分。使用时，播水壶的水经小孔不断注入受水壶，箭刻便逐渐随之上浮，以显示时间。

浮箭漏是史上记载使用最多、流传最广的计时器，另也有以沙代水的沙漏计时器。后来，为了提高水流速度的稳定度及计时的准确性，逐渐再加上一只或几只漏水壶，形成多级漏壶。

据载，传世的漏壶为铜制，分为播水壶、受水壶两部分。播水壶一般有三个，放置在台阶或架上，壶下有小孔滴水，最下层流入受水壶。受水壶内置有箭刻，箭上划分一百刻，箭刻随播水壶下流的水量逐渐上升，并露出刻度，以表示时间。如《说文解字》︰“漏，以铜受水刻节，昼夜百节。”

铜壶滴漏计时仪器，主要是观察水位上升或下降时，箭刻上所显示的刻度来推算时间。如果壶内装满水，水刻从底部小孔滴出，一天一夜刚好滴完。将一昼夜二十四小时，均分在箭刻的一百个刻度上，一个刻度就等于十四分四十秒。

自东汉以来，历代都曾改革漏刻制，改百刻为十二的倍数，如九十六、一百零八、一百二十。如《汉书．哀帝纪》中载︰“漏刻以百二十为度。”颜师古注︰“旧漏昼夜共百刻，今增其二十。”

到清初《时宪书》施行后，正式将一昼夜百刻改为九十六刻，一个时辰（两个小时）分八刻，一小时为四刻，而一刻就是十五分钟，一直沿用至今。

古人利用“圭表”辨别南北方位、确定节气和时刻；使用“日晷”观察日影方位变化来推算一天的时间；改良圭表、日晷的缺点，运用漏壶中水位高低变动来计量时间。古代这些简单而有效的计时仪器，充分展现了先人的智慧。

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