第1章 中國古代的力學知識(1)(1 / 3)

力學的理論溯源

力學知識起源於古代人對自然現象的觀察和生產勞動中的實踐經驗,並逐步發展為生產技術和初步的自然哲理,這在東西方古代都是如此。

在我國古代,手工工藝技術成果遠比經驗性的理論總結突出得多,這是中國古代對力學研究的主要特點。從時間來看,大體可分為春秋戰國、兩漢、宋明三個高潮。

公元前316年,蜀守李冰修建都江堰,“正麵取水,側麵排沙”,其都江堰工程巧妙地利用了彎道環流,說明當時測河水流量、了解泥沙規律等水力學知識及水利工程已有相當的水平,成都平原2000多年來始終受益。

傳為齊人著的《考工記》,是記錄我國古代農具、兵器、樂器、炊具、酒具、水利、建築等古代手工藝規範的專著,現存版本中如《裘氏》《筐氏》《雕氏》等篇內容已散佚。其中慣性現象的記述“馬力既竭,輈(輈指車轅)猶能一取焉”,車輪大小與拉力的關係(輪太低,馬總是像上坡一樣費勁),箭羽影響箭飛行速度的關係(“後弱則翔,中強則揚,羽豐則遲”),檢驗木料強度的經驗方法如置而搖之,以視其蜎,“橫兩牆間,以視其橈之均”,“橫而搖之,以視其勁”,以及堤壩設計的經驗尺寸等,都反映了我國當時的生產技術水平和經驗知識水平。

與《考工記》幾乎同時的《墨經》,則進一步得出一些初步的力學哲理(如“奮”、“衡”、“本”、“標”、“重”、“權”等),給力下了比較科學的定義:“力,刑(形)之所以奮也。”可惜這一形成科學的抽象思維進程在後世沒有順利繼續下去。

這一時期是以記錄與積累生產經驗為主,也形成了初步哲理。

簡單機械逐漸發展為精巧的或大型的聯合機械,如張衡的水運渾天儀、候風地動儀,西漢未巧工丁緩(公元1世紀)的“被中香爐”是世界上已知最早的常平支架,另外還有祖衝之(429-500年)的水磨等等。

隋代造船業已很發達,如隋煬帝的龍舟已高40尺,寬50尺,長200尺。李春主持建造的河北洨河趙縣安濟橋(595~605年),跨度最大(37.02米),弧度最淺(拱矢高723米),至今1300多年,下沉水平差隻有5厘米,說明實用結構力學發展的水平。浮力的利用甚多,如:浮橋的建造,“以船為腳,竹篾亙之”,“架黃河為之”;東晉僧人惠遠在廬山造蓮花漏作為記時工具:“取銅葉製器,狀如蓮花,置盆水之上,孔底漏水,半之則沉”,即蓮花漏由孔底進水到一半時就逐漸下沉,“每一晝夜十二沉”,非常巧妙。還有著名的曹衝稱象故事,在陳壽著《三國誌》卷二十及《江表傳》中均有記載。

上述種種成就,集之於書的不多,北齊信都芳曾“集渾天、地動、攲器、漏刻諸巧事並畫圖名曰器準”,但已散失。

這一時期帶有直覺經驗型的物理哲理性著作首先是王充的《論衡》,在他的著作中對於運動的疾舒(快慢)、力與運動、物與運動、內力與外力的關係等作了敘述。其次是運動的相對性概念,晉天文學家束皙(261-303年)說過:“乘船以涉水,水去而船不徙矣”(《隋書·天文誌》);晉葛洪(283-363年),號抱樸子,在其著作《抱樸子·內篇·塞難》中說:“遊雲西行,而謂月之東馳。”《晉書卷十一天文誌》更將這一相對運動的思想用於解釋天體運行:“天旁轉如推磨而左行,日月右行,隨天左轉,故日月實東行,而天牽之以西沒。譬之蟻行磨石之上,磨左旋而蟻右去,磨疾而蟻遲,故不得不隨磨以左回焉。”有極大價值的是至少成書於東漢時代的《尚書緯·考靈曜》(著者不詳,收入明代孫毅編纂的《古微書》卷一《尚書緯》),該書在提出“地有四遊,冬至地上行北而西三萬裏,夏至地下行南而東三萬裏,春秋二分是其中矣”的同時,提出了著名論斷:“地恒動而人不知,譬如閉舟而行,不覺舟之運也。”這種對運動相對性的觀點,《考靈曜》比伽利略的《對話》至少早約1500年。此觀點說明我國古代力學理論已達到相當的水平。