三国时期的机械学家马钧

三国时期的机械学家马钧

在中国古典小说《三国演义》中，有一个神通广大，智慧过人的诸葛亮。他上通天文，下晓地理，又能设计机械，又能制造武器。据说，他设计的“木牛流马”，解决了蜀国军队运输粮食的难题，他设计的“连弩”，可以像现代自动步枪一样，射出连发的弩箭，大大增强了弓箭的威力。虽然，诸葛亮设计的这些器械，有的史册上没有记载，有的已经失传了。但是人们还是对作为军事家和戏剧人物的他感兴趣，而对他的发明反倒不大去研究考证了。不过，三国时期还有一位机械学家，值得在科学史上写上一笔，这就是马钧。

诸葛亮

马钧是三国时魏国扶风人（现在陕西武功、兴平一带），出身于贫寒家庭。他从小就善于动脑，又勤于学习，刻苦钻研，因而成为一个“巧思绝世”的科学家。

钧创制了新式提水机具——翻车

三国时，天下分崩，各路诸侯分别拥有自己的地盘，剥削奴役人民。汉末的农民大起义，极大地打击了大地主阶级的力量，遏制了土地兼并的恶性发展。后来形成“三足鼎立”的魏、蜀、吴三国局面时，社会生产力有了一定的恢复和发展。魏国和蜀国为了减轻财政压力，实行了屯田政策，对恢复农业生产起了一定作用。从汉代开始传入中国的外国种植葡萄、胡萝卜等技艺，在相对安定的社会条件下得到推广，江南等地由于水利灌溉事业的兴起，稻田种植面积大为增加。由于战争不像以前那样频繁，农民得以深耕细作，粮食产量有了大幅度增加。这样，手工业也有了相应的发展，各种技艺都有了提高。在冶炼方面使用了水力鼓风炉；兵器生产的减少，使更多的金属用于社会生产和人民生活方面，这反过来又促进了生产力的进一步提高。正是这样的社会环境，产生了对科学技术的更高更迫切的需要，马钧这位杰出的科学家、发明家才应运而生了。

《耕织图》中的提花机

当时的中国被称为“东方丝国”，丝织品以及为丝绸生产提供原料的养蚕业在中国上古时期就发展起来了。可以说，中国人在走出穿树叶、兽皮时代后，第一代衣服就是丝或麻制的。传说中人类祖先黄帝的妻子名叫嫘祖，看到人民没有衣服穿，她就养蚕，用蚕丝织成衣服。这样人们才学会了用蚕丝来做衣服。中国养蚕业、丝织业发展早，相应的纺织机械发展也早。在汉代，有一对住在现在河北省巨鹿县的夫妇，男的名字叫陈宝克，他们发明了一种织机，名叫提花机。用这种机器，60天功夫可以织成一匹花绫。这样的机器从发明时起到三国时，已经两三百年了。用起来时，每一根经线要装一个脚踏的蹑，120根经线就要有120个蹑，织起来又费力又费时，所以越来越不适应生产发展的需要了。马钧深知劳动者的要求，他经过反复琢磨，重新设计了一种织机。将当时流行的50根线、50个蹑，或60根线、60个蹑的纺织机，都改成只需要12个蹑的纺织机，使生产效率大为提高。这种织机又省力又出活，受到人们的欢迎，也为中国纺织机械的制造添上了新的一笔。

龙骨水车

中国古代对杠杆的力学原理运用较早。战国时期已经普遍使用桔槔进行提水灌溉。桔槔就是在一根立木上挂一个可以活动的横竿，一头系上石头，一头系上空桶，利用石头重量把水从低处提上来。桔槔对减轻人们劳动强度有很大作用，但它比较粗笨，效率低，随着水利事业的发展，已经很不适应生产的需要了。马钧住在当时京都洛阳，看到有一块坡地可以种菜，但缺水灌溉。他想出一个办法，设计了一种提水灌田用的“翻车”，俗称为水车。这种车刻木做槽，中间连缀木板，上端有轮轴，可以旋转，用人在一旁脚踏，木槽旋转，把水带上来，流进附近的沟道，这样就可以进行灌溉了。这种水车又叫“龙骨水车”，因为它水斗连在一起如链子般环绕，很像一条“龙”，所以得名。直到现在，在没有抽水机的地方，人们还在使用这种龙骨水车来浇地。

三国时，魏蜀两国经常发生战争。前面介绍了蜀国著名军事家诸葛亮发明了“木牛流马”和“连弩”。有一次马钧见到了诸葛亮发明的“连弩”，他说：“巧则巧矣，未尽善也。”也就是说这种弩还不是十分完满的，还有可以改进之处。据马钧计算，经过改进的连弩，威力可以增加五倍。当时作战常用一种抛石头的战车，这种抛石车就像一个大桔槔，一头挂个斗，里面装几十斤重大石头，另一端挂许多根绳子，几十名士兵一齐用力拉绳子，挂石头的一头猛然向上运动，斗中的石斗被抛出去，打击敌人。据说当时曹操用这种武器打败了袁绍。马钧发现，这种抛石车不但用人多，花费时间长，而且在攻城时，敌人在城楼上悬挂湿牛皮，就会挡住石头，打中了也不起作用，落下来就砸伤自己人。更何况石头不能连续发射。马钧设计出一种带轮子的抛石车，把石头放到大木轮上，用机械使轮子飞速旋转，这样接连把石头抛出去，使其“首尾电至”，一个接一个地射向敌军，大大提高了杀伤力。他做过试验，这种抛石车可以把碎砖抛到几百步远。

指南车

马钧还制造了指南车。指南车是用来指示南方的一种车，车上立个木头人，不论车朝哪个方向走，木人伸出的手始终指向南方。本来，中国在春秋时已经发明了指南车，东汉科学家张衡也制成过指南车，但后来都失传了。有一次马钧和另外两个人发生了争论，那两个人坚持说古代没有什么指南车，历史记载是不足信的。马钧认为指南车是有的，虽然已经失传，但研究一下可以再把它造出来。那两个人不信，还嘲笑了马钧一番。之后，他们把这事告诉了魏明帝。明帝命令马钧造指南车，这下马钧可要认真对待了。他经过认真思考和试制，终于把指南车造成了。从此所有的人都赞佩马钧的聪明才智，他的名声传遍了天下。

马钧还给当时掌权的武安侯曹爽制造过活动的“百戏木人”，他用木头做轮子，利用水力冲击木轮，木轮旋转带动木头人，这些木头人就自动完成击鼓、吹箫、跳丸、掷剑以及倒立等动作。这种设计和制作虽然精巧，可惜是奉命不得已为统治者制造的，没有什么实际用途，只是玩具而已。

马钧的才智是过人的，当时人称他是“国之精器”。他不大善于言谈，喜欢独立思考和埋头实干，这大概是科学家、发明家一种共同的性格吧。

我们是国家的主人，应该处处为国家着想。

——雷锋