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力学在中国古代的应用

时间:2022-02-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:正是在对原动力的利用过程中,产生了中国古代的力学萌芽。在甲骨文和不少史书中都可以找到关于风向仪的记载,由此可见,中国古代在很早就开始了对风力的利用。中国的古人除了利用水的浮力进行船舶运输外,还利用水力能控制流量的道理设计了计时器刻漏。中国古代关于杠杆的记载以衡器为最早。中国古人对杠杆的另一利用是制作桔槔等灌溉或汲水用的工具。在西方弩机的发明比中国足足要晚1300年。

力学在中国古代的应用

人力和自然力的总称是原动力,其中自然力包括畜力、风力、水力和热力,在人类产生之前这些自然力就已经存在于地球上了。正是在对原动力的利用过程中,产生了中国古代的力学萌芽。

中国古人很早就开始使用自然力了,而使用是最早的力是牲畜力。当车发明以后,人们第一个想到的就是要利用牲畜来拉车,车的出现远在夏商之前,可见牲畜力的利用历史是如何悠久。在河南安阳小屯第十三次发掘中,曾发现一辆驾四匹马的战车的遗迹,以及马车的器具。由此可以断定,至少在殷商时代,中国就已经能够制作比较高级的马车了。从远古到春秋,牲畜力除了用来拉车、驮载以外,还用于耕田以及农作物的加工等。春秋以后,除了拉车、驮载之外,牲畜力还广泛应用到炼铁鼓风、盐业汲卤、纺织业纺纱等各方面。

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古代马车

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商朝就已经有了用帆的船

在甲骨文和不少史书中都可以找到关于风向仪的记载,由此可见,中国古代在很早就开始了对风力的利用。风力常用于弥补人力的不足,史书记载帆是夏禹的发明,这至少证明商朝就已经有了用帆的船,开始利用风力来行船了。春秋以后,还有人发明了风轮能把直线吹来的风加以控制,使一个轴发生回转运动,以完成种种工作。

中国的古人除了利用水的浮力进行船舶运输外,还利用水力能控制流量的道理设计了计时器刻漏。据《周礼·夏官篇》记载,刻漏在周朝以前就已经投入了使用,并有专门长官漏壶的官员叫挈壶氏。挈壶氏在壶底中央或壶侧面装上一个小管,使壶中的水一滴一滴的下堕,以此作为记时的漏壶,来指挥哨兵向人们报时。

在古代,人们使用最多的原动力还是他们自身。人们在劳动中,对物体的推、拉、举、持、掷、击等,都需要直接使用人力。随着生产实践的发展,人们逐渐学会了能够制造一些可以省力或便于用力的工具,即简单机械。简单机械的发明是人力利用的第一个进步。根据史书中的记载,中国古代发明的简单机械有尖劈、杠杆、辘轳、弹力工具等等。

在北京猿人时期,古中国人就开始使用石制的尖劈。在春秋时期,由于冶铁技术的发展,在生产工具、生活用具或兵器中,铁制尖劈使用已经非常普遍。

中国古代关于杠杆的记载以衡器为最早。从《吕氏春秋·古乐》中的记载可以得知,中国早在四千多年之前就已经有了天平。迄今出土的天平,最早的是两千多年前秦代的制品。中国古人对杠杆的另一利用是制作桔槔等灌溉或汲水用的工具。桔槔是在一根竖立的架子上加上一根细长的杠杆,当中是支点,末端悬挂一个重物,前段悬挂水桶。当人把水桶放入水中打满水以后,由于杠杆末端的重力作用,便能轻易把水提起。桔槔早在春秋时期就已相当普遍,而且延续了几千年,是中国农村历代通用的旧式提水器具。辘轳也是从杠杆演变来的汲水工具。据《物原》记载,早在公元前1100多年前中国已经发明了辘轳。到春秋时期,辘轳就已经流行。

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辘轳

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春秋战国弓箭技术日臻成熟

弹力工具的使用标志着人类掌握了将人力储存起来,延长一段时间再使用的本领。这是人力利用的第二个进步。利用弹力最早的工具是弹弓,其次是射箭用的弓和弩。弩机是一种典型的储备人力的机械装置,它的发明约在春秋时期,战国中期铜制的弩机就已经相当进步了。弩机发展到汉代,在弩机的“望山”(瞄准器)上已经出现了刻度,相当于今天步枪的标尺。不同的射程使用不同的刻度,以调整箭镞投射角的大小。在西方弩机的发明比中国足足要晚1300年。

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——卡耐基

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