中國(guó)古代力學(xué)

1、.中國(guó)古代力學(xué)力學(xué)知識(shí)起源于古代人對(duì)自然現(xiàn)象的觀察和消費(fèi)勞動(dòng)中的理論經(jīng)歷，并逐步開展為消費(fèi)技術(shù)和初步的自然哲理。一、杠桿與平衡戰(zhàn)國(guó)時(shí)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(guò)漢陰，見(jiàn)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(jiàn)功寡。子貢曰：‘有械于此，一日浸百畦，用力甚寡而見(jiàn)功多，夫子不欲呼?’為圃者仰而視之曰：‘奈何?’曰：‘鑿木為機(jī)，后重前輕，掣水假設(shè)抽，數(shù)如泆湯，其名為槔&am

2、p;rsquo;在?莊子·天運(yùn)篇?中又說(shuō)：“顏淵問(wèn)師金曰：‘子獨(dú)不見(jiàn)夫桔槔呼?引之那么俯，舍之那么仰。’從這些描繪，可見(jiàn)到莊子時(shí)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(shí)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(jiǎn)述如下：在?經(jīng)下?一章中說(shuō)：“天衡而必正，說(shuō)在得。在?經(jīng)說(shuō)下?一章中說(shuō)：“衡，加重于其旁，必捶。權(quán)、重，相假設(shè)也相衡。那么本短標(biāo)長(zhǎng)，兩加焉，重相假設(shè)，那么標(biāo)必下，標(biāo)得權(quán)也。在這幾句話中，“衡是秤桿;“權(quán)是秤錘;“捶字通“垂字;“標(biāo)即“末，亦即秤桿細(xì)小的一端。二、做功的應(yīng)用滑輪，古代人稱它

3、“滑車。應(yīng)用一個(gè)定滑輪，可改變力的方向;應(yīng)用一組適當(dāng)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(dòng)圓木就可提水。只要繩子纏繞得當(dāng)，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(shuō)，在馬拉車時(shí)，馬不走了，即馬對(duì)車不施力了，車子還有前進(jìn)的趨勢(shì)，或即車子還可以前進(jìn)一小段路。這是關(guān)于慣性最早的闡述。張恒地動(dòng)儀原理，據(jù)學(xué)者們考證，張衡在當(dāng)時(shí)已經(jīng)利用了力學(xué)上的慣性原理，“都柱實(shí)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(shè)。都柱豎直站立，重心高，一有地動(dòng)，就失去平衡，倒入八道中的一道。八道中裝有杠桿，叫做牙機(jī)。杠桿穿過(guò)儀體，連接龍頭上頜。都柱傾入道中以后，推動(dòng)杠桿，使龍頭上頜抬起，將銅丸吐出，起到報(bào)警作用。四、運(yùn)動(dòng)、相對(duì)性原理我國(guó)近代的大思想家嚴(yán)復(fù)在他翻譯的?天演論?自序中說(shuō)：“奈端動(dòng)之例三，其一曰，靜者不自動(dòng)，動(dòng)者不自止，動(dòng)路必直，速率必均。此所謂曠古之慮，自其例出，而后天學(xué)明、人事利者也。而?易?那么曰，乾，其靜也專，其動(dòng)也直。嚴(yán)復(fù)這段話的大意是，牛頓三定律的第一定律說(shuō)，不受外力時(shí)，靜者恒靜，動(dòng)者恒動(dòng)，且走勻速直線運(yùn)動(dòng)。牛頓定律一提出，天文清楚了，在人間也有許多應(yīng)用

5、。但是?易經(jīng)?上早就說(shuō)過(guò)“乾，其靜也專，其動(dòng)也直。據(jù)他看，牛頓第一定律，在春秋時(shí)期便已經(jīng)提得很清楚了。不管怎樣，說(shuō)明古代中國(guó)對(duì)慣性定律已有樸素的認(rèn)識(shí)。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(wàn)畢術(shù)?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(fēng)高舉自飛去。英國(guó)學(xué)者李約瑟曾解釋說(shuō)：17世紀(jì)的歐洲人，歡度復(fù)活節(jié)時(shí)，曾作過(guò)蛋殼升空的游戲。其法極簡(jiǎn)單，但要有點(diǎn)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(lái)。這是因?yàn)樗舭l(fā)，殼內(nèi)氣體膨脹，空氣先通過(guò)殼上微細(xì)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(gè)極短時(shí)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(diǎn)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(guó)人在宋代創(chuàng)造了焰火、火龍出水、爆杖以及后來(lái)的火箭。這實(shí)際上是現(xiàn)代噴氣推進(jìn)原理的早期萌芽。五、張力的應(yīng)用拋石機(jī)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(guò)城墻進(jìn)入城內(nèi)的石彈，可殺傷守城的敵兵，具有相當(dāng)?shù)耐?。這種拋石機(jī)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(diǎn)燃后發(fā)向敵營(yíng)，燒殺敵人。拋石機(jī)的原理非

7、常簡(jiǎn)單，它實(shí)際上是一種依靠物體張力如竹、木板彎曲時(shí)產(chǎn)生的力拋射彈丸的大型投射器。明代宋應(yīng)星在?天工開物?一書中描繪了測(cè)量引力的方法：“以足踏弦就地,秤鈞搭掛弓腰，弦滿之時(shí),推移秤錘所壓，那么知多少。書中還記述了風(fēng)帆與船橫面的比例對(duì)風(fēng)力的影響，風(fēng)帆高度與受力大小的關(guān)系;詳細(xì)分析了“搶風(fēng)風(fēng)從橫面來(lái)的風(fēng)向、航向和張帆方向之間的關(guān)系;闡述了舵的長(zhǎng)短對(duì)航力大小、舵的方向?qū)Υ倪\(yùn)動(dòng)方向的影響。磨在中國(guó)古代的開展可以看作力學(xué)史的一個(gè)縮影。早在新石器時(shí)代，人們已用兩塊石頭的相對(duì)平動(dòng)，或用一根圓石柱在另一塊石板上滾動(dòng)輾壓谷物，或用杵搗碎放進(jìn)臼內(nèi)的谷物。?桓子新論?寫道：“宓犧之制杵舂，萬(wàn)民以濟(jì)，及后人加巧，因延

8、力借身重以踐碓，而利十倍。杵舂又復(fù)設(shè)機(jī)關(guān),用驢驘牛馬及役水而舂,其利乃且百倍。這記載說(shuō)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(shí)期已很普遍。東漢初，杜詩(shī)?38制造了水力鼓風(fēng)設(shè)備,即水排，它以水作動(dòng)力，利用水輪、立軸、連桿、曲柄等構(gòu)件將水輪的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成風(fēng)箱拉手的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。水排包括動(dòng)力機(jī)械、傳動(dòng)機(jī)械和工作機(jī)械三個(gè)組成部分，在機(jī)械構(gòu)造上水排比水磨更復(fù)雜，而原理一樣。估計(jì)水磨當(dāng)與水舂或水排同時(shí)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(lái)在直柄上又加上一曲柄，將手的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成磨的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。六、橋梁、水利與土木建筑的開展河北趙州安濟(jì)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(zhǎng)50.83米，寬9米。大栱之上兩側(cè)各有二小拱。佛宮寺釋迦塔，俗稱應(yīng)縣木塔，山西省應(yīng)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(jí)，所以實(shí)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(gòu)造塔式建筑。塔建在4米高的兩層石砌臺(tái)基上，內(nèi)外兩排立柱構(gòu)成雙層套筒式構(gòu)造，柱與柱之間還有大量程度構(gòu)件，暗層內(nèi)又有大量斜撐，使雙層套筒內(nèi)外層嚴(yán)密結(jié)合連成一體。其柱不是直接插入地中而是擱置于石礎(chǔ)之上。在連接上采用了傳統(tǒng)的斗栱構(gòu)造，為不同部分的特殊需要分別設(shè)計(jì)了50余種不同形式的斗栱。由于構(gòu)造上的合理性，近千年間經(jīng)歷了12次6級(jí)以上的大地震，迄今安然無(wú)恙。都江堰。都江堰位于四川灌縣城西的岷江上，是我國(guó)戰(zhàn)國(guó)秦昭王時(shí)256BC由蜀郡守李冰父子主持修建的。整個(gè)都江堰工程由魚嘴分水堤