以下文章来源于科技学堂，作者学堂君

科技学堂

知识最有趣，开心学科学！科技学堂为科技辅导员提供培训课程和活动资源。

在测量长度的时候，除了常见的直尺、三角板，还有一种更为精密的测量仪器，那就是游标卡尺。

△游标卡尺

游标卡尺是工业上常用的测量工具，也是现代工业仍在发挥着不可替代作用的测量工具之一。

于是，学堂君的小伙伴们突发奇想，用积木搭建了一个卡尺。一起来看看

↓↓↓

常见的游标卡尺主要由内测量爪、外测量爪、紧固螺钉、主尺、游标尺、深度尺等组成，有的还带有微调装置，能够极为方便地测量内径、外径、长度、厚度和深度等尺寸。

△游标卡尺结构图

△游标卡尺测量示意图

我们用积木搭建的这把简版卡尺，则是由尺身、外测量爪、主尺、读书窗和滑块组成，主要用于测量积木零件的长度。

△自制积木卡尺结构图

△自制积木卡尺测量零件长度

如此一来，再也不用手忙脚乱地找积木零件啦~

据说，最具现代测量价值的游标卡尺一般认为是由法国数学家维尼尔?皮尔（PierreVernier）于年发明的。

其实，我国早在公元一世纪初的新莽时期就己发明游标卡尺，并在生产中开始应用了！

世界上最早的滑动卡尺

中国汉代科学技术发达，发明了大量的领先当时世界的先进仪器和器具，如浑天仪、地动仪、水排等，这些圆轴类零件的诞生，都昭示着刻线直尺在中国的诞生。

于年东汉砖室墓出土的铜卡尺——新莽铜卡尺，以实实在在的实物的形式纠正了世人过去认为的游标卡尺乃是欧美科学家发明的观念。

△新莽铜卡尺

新莽铜卡尺制造于公元9年，距今多年，是国家一级文物，也是世界上最早的滑动卡尺。通过上图可以发现，其外形与现代游标卡尺很相似，古代先民的创造智慧由此可见一斑。

新莽铜卡尺由固定尺和活动尺两部分组成，两尺通过导槽、导销、组合套等部件嵌合在一起，后者可以在前者上平行滑动。两尺上都有刻度，且在一端都有一个L型的卡爪。当两卡爪并拢时，两尺上的刻度基本对齐。

考古学者推测铜卡尺在当时是用来测量圆柱形器物的直径或内径的。将器物置于卡尺的两个卡脚之间，或用卡脚分别抵住器物的内缘两边，易于读出准确的直径或内径读数，比使用普通的直尺测量要方便得多。

新莽铜卡尺的精确度

如此神奇的新莽铜卡尺，在当时已经达到了怎样的精确度呢？古籍与铭文中有答案。

战国时的《考工记》中说:“十分寸之一谓之枚”。即十分之一寸的单位名称叫作“枚”（就是后世的“分”），这是当时最小的长度单位。

秦始皇统一中国后也统一了度量衡，“分”依然是长度的最小单位。

西汉末，刘歆欲助王莽改制，在他的《三统历谱》中说:“度长短者不失毫厘，量多少者不失圭撮，权轻重者不失黍案”。首次在文献中出现了“分”以下的长度单位“厘”和“毫”。

在传世的新莽嘉量铭文中，也记有“厘’,“毫”这样的长度单位。而新莽游标卡尺的精密度，确能量到“分”以下，可以测出“厘”的数据。由此也可以推定，“分”以下设“厘”、“毫”始于新莽时期。

·小知识·

中国传统长度单位：里、丈、尺、寸、寻、仞、扶、咫、跬、步、常、矢、筵、几、轨、雉、毫、厘、分，等。

虽然新莽铜卡尺被公认为现代卡尺的先驱。但它却不具备现代游标卡尺最重要的差分测微功能。

现代游标卡尺的固定尺和游标尺上的刻度不是像铜卡尺那样完全对齐的，而是存在一个微小的差。

比如固定尺上的最小刻度是1毫米，游标尺上的最小刻度则是9毫米的十等分，即0.9毫米。因此当固定尺和游标尺的0线对齐时，主、副尺第一线相差0.01厘米,第二线则相差0.02厘米,以此类推,第九线则相差0.09厘米。通过计算这种细微差异，可以把读数的精确度提高近一个数量级。

不可否认的是，新莽铜卡尺的发现，为研究我国古代科学技术史、数学史和度量衡史提供了实例，因此，弥足珍贵。

聪明的你，快来试着动手做一把简易的游标卡尺吧！

参考资料：

《藏品故事

世界上最早的游标量具——古代逆天神器新莽卡尺》，逸夫计量博物馆

《中国古代重要科技发明创造》，中国科学院自然科学史研究所

（来源：“科技学堂”

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkjg/5044.html