中國古代力學

1、.中國古代力學力學知識起源于古代人對自然現(xiàn)象的觀察和消費勞動中的理論經(jīng)歷，并逐步開展為消費技術和初步的自然哲理。一、杠桿與平衡戰(zhàn)國時期大思想家莊周369-286BC在?莊子·外篇·天地?中有一那么故事：“子貢南游于楚，反于晉。過漢陰，見一丈人方將為圃畦，鑿隧而入井，抱甕而出灌，搰搰呼用力甚多而見功寡。子貢曰：‘有械于此，一日浸百畦，用力甚寡而見功多，夫子不欲呼?’為圃者仰而視之曰：‘奈何?’曰：‘鑿木為機，后重前輕，掣水假設抽，數(shù)如泆湯，其名為槔&am

2、p;rsquo;在?莊子·天運篇?中又說：“顏淵問師金曰：‘子獨不見夫桔槔呼?引之那么俯，舍之那么仰。’從這些描繪，可見到莊子時代已普遍用一種類似杠桿的提水工具桔槔了。大約在同一時期大思想家墨翟在他的著作?墨經(jīng)?中記載了杠桿平衡的定量原理。他的理論簡述如下：在?經(jīng)下?一章中說：“天衡而必正，說在得。在?經(jīng)說下?一章中說：“衡，加重于其旁，必捶。權、重，相假設也相衡。那么本短標長，兩加焉，重相假設，那么標必下，標得權也。在這幾句話中，“衡是秤桿;“權是秤錘;“捶字通“垂字;“標即“末，亦即秤桿細小的一端。二、做功的應用滑輪，古代人稱它

3、“滑車。應用一個定滑輪，可改變力的方向;應用一組適當配合的滑輪，可以省力?；喌牧硪环N形式是轆轤。把一根短圓木固定于井旁木架上，圓木上纏繞繩索，索的一端固定在圓木上，另一端懸吊水桶，轉(zhuǎn)動圓木就可提水。只要繩子纏繞得當，繩索兩端都可懸吊木桶，一桶提水上升，另一桶往下降落，這就可以使轆轤總是在做功。三、慣性原理在春秋末年的著作?考工記?有“馬力既竭，輈猶能取也的描繪。意思是說，在馬拉車時，馬不走了，即馬對車不施力了，車子還有前進的趨勢，或即車子還可以前進一小段路。這是關于慣性最早的闡述。張恒地動儀原理，據(jù)學者們考證，張衡在當時已經(jīng)利用了力學上的慣性原理，“都柱實際上起到的正是慣性擺的作用。都柱就是

4、倒立于儀體中央的一根銅柱，八道圍繞都柱架設。都柱豎直站立，重心高，一有地動，就失去平衡，倒入八道中的一道。八道中裝有杠桿，叫做牙機。杠桿穿過儀體，連接龍頭上頜。都柱傾入道中以后，推動杠桿，使龍頭上頜抬起，將銅丸吐出，起到報警作用。四、運動、相對性原理我國近代的大思想家嚴復在他翻譯的?天演論?自序中說：“奈端動之例三，其一曰，靜者不自動，動者不自止，動路必直，速率必均。此所謂曠古之慮，自其例出，而后天學明、人事利者也。而?易?那么曰，乾，其靜也專，其動也直。嚴復這段話的大意是，牛頓三定律的第一定律說，不受外力時，靜者恒靜，動者恒動，且走勻速直線運動。牛頓定律一提出，天文清楚了，在人間也有許多應用

5、。但是?易經(jīng)?上早就說過“乾，其靜也專，其動也直。據(jù)他看，牛頓第一定律，在春秋時期便已經(jīng)提得很清楚了。不管怎樣，說明古代中國對慣性定律已有樸素的認識。在宋朝修的大型類書?太平御覽?，摘錄了已失傳的漢代劉安的著作?淮南萬畢術?中的一段事：“艾火令雞子飛。并注講解：“取雞子去其汁，燃艾火于內(nèi)空卵中，疾風高舉自飛去。英國學者李約瑟曾解釋說：17世紀的歐洲人，歡度復活節(jié)時，曾作過蛋殼升空的游戲。其法極簡單，但要有點竅門。先將蛋黃、蛋清由小孔吸盡，將殼烘干。然后由小孔注入少許水，并以蠟封小孔。這樣的蛋殼在炎日下逐漸呈不穩(wěn)狀態(tài)，逐漸變輕而終于浮漂起來。這是因為水蒸發(fā)，殼內(nèi)氣體膨脹，空氣先通過殼上微細小孔排

6、出。待小孔蠟經(jīng)日曬而溶化，小孔成了排氣孔，蛋殼內(nèi)蒸汽適足使殼升空一個極短時間，待蒸汽排盡，空氣再滲入后，殼即行落下。這段故事中蛋殼起飛的原理是殼中水加熱到沸點后，水蒸汽從小孔噴出，水蒸汽的反作用力使蛋殼起飛。利用同樣的原理，中國人在宋代創(chuàng)造了焰火、火龍出水、爆杖以及后來的火箭。這實際上是現(xiàn)代噴氣推進原理的早期萌芽。五、張力的應用拋石機在古代是一種攻守城池的有力武器，用它可拋擲大塊石頭，砸壞敵方城墻和兵器;而越過城墻進入城內(nèi)的石彈，可殺傷守城的敵兵，具有相當?shù)耐?。這種拋石機除了拋擲石塊外，還可以拋擲圓木、金屬等其它重物，或用繩、棉線等蘸上油料裹在石頭上，點燃后發(fā)向敵營，燒殺敵人。拋石機的原理非

7、常簡單，它實際上是一種依靠物體張力如竹、木板彎曲時產(chǎn)生的力拋射彈丸的大型投射器。明代宋應星在?天工開物?一書中描繪了測量引力的方法：“以足踏弦就地,秤鈞搭掛弓腰，弦滿之時,推移秤錘所壓，那么知多少。書中還記述了風帆與船橫面的比例對風力的影響，風帆高度與受力大小的關系;詳細分析了“搶風風從橫面來的風向、航向和張帆方向之間的關系;闡述了舵的長短對航力大小、舵的方向?qū)Υ倪\動方向的影響。磨在中國古代的開展可以看作力學史的一個縮影。早在新石器時代，人們已用兩塊石頭的相對平動，或用一根圓石柱在另一塊石板上滾動輾壓谷物，或用杵搗碎放進臼內(nèi)的谷物。?桓子新論?寫道：“宓犧之制杵舂，萬民以濟，及后人加巧，因延

8、力借身重以踐碓，而利十倍。杵舂又復設機關,用驢驘牛馬及役水而舂,其利乃且百倍。這記載說明了從最古老的杵舂，到腳踏舂、畜力舂和水力舂的開展。而水力舂至遲在西漢時期已很普遍。東漢初，杜詩?38制造了水力鼓風設備,即水排，它以水作動力，利用水輪、立軸、連桿、曲柄等構件將水輪的圓周運動轉(zhuǎn)變成風箱拉手的往復直線運動。水排包括動力機械、傳動機械和工作機械三個組成部分，在機械構造上水排比水磨更復雜，而原理一樣。估計水磨當與水舂或水排同時出現(xiàn)。早期的磨只在磨盤上加一根直柄，推磨者必須圍繞磨石旋轉(zhuǎn)。后來在直柄上又加上一曲柄，將手的往復直線運動轉(zhuǎn)變成磨的旋轉(zhuǎn)運動。六、橋梁、水利與土木建筑的開展河北趙州安濟橋。橋位

9、于河北趙縣城南5里，為隋匠人李春所建，成于隋開皇大業(yè)年間594-605年，是現(xiàn)存世界上最古老、跨度最大的敞肩拱橋。橋的主孔凈跨37.02米，凈矢高7.23米，栱腹線的半徑為27.31米，栱中心夾角。橋形很扁，橋總長50.83米，寬9米。大栱之上兩側各有二小拱。佛宮寺釋迦塔，俗稱應縣木塔，山西省應縣城內(nèi)佛宮寺內(nèi)。塔為八角形，外觀五層，內(nèi)有暗層四級，所以實際為九層。塔高67.13米，塔底直徑30米。建于1056年遼代清寧2年，是世界上現(xiàn)存最古老的木構造塔式建筑。塔建在4米高的兩層石砌臺基上，內(nèi)外兩排立柱構成雙層套筒式構造，柱與柱之間還有大量程度構件，暗層內(nèi)又有大量斜撐，使雙層套筒內(nèi)外層嚴密結合連成一體。其柱不是直接插入地中而是擱置于石礎之上。在連接上采用了傳統(tǒng)的斗栱構造，為不同部分的特殊需要分別設計了50余種不同形式的斗栱。由于構造上的合理性，近千年間經(jīng)歷了12次6級以上的大地震，迄今安然無恙。都江堰。都江堰位于四川灌縣城西的岷江上，是我國戰(zhàn)國秦昭王時256BC由蜀郡守李冰父子主持修建的。整個都江堰工程由魚嘴分水堤