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對滑輪原理的運用

滑輪是一個周邊有槽,能夠繞軸轉動的小輪。由可繞中心軸轉動有溝槽的圓盤和跨過圓盤的柔索所組成,是可以繞著中心軸轉動的簡單機械。

我國古代很早就出現了滑輪,至少從戰國時期開始,滑輪在作戰器械、井中提水等生產勞動中被廣泛應用。

大禹鑄九鼎後,夏、商、周三代,一兩千年間,帝王皆以其為天下之神器,傳國之重寶。失寶器而亡國,得九鼎而有天下,故九鼎,成了當時操控天下的象征。

後來,傳說秦始皇東巡後,路過徐州彭城的泗水,見到水中露出一周鼎,心中大喜,隨命其隨從設法撈鼎。漢畫像石中有《泗水撈鼎》的場麵。

在畫麵上,總管撈鼎的高官站在橋上,指揮秦人在周鼎出沒的位置安裝上很大的架子,上有一個橫梁,橫梁上麵貫穿著一隻滑輪。

更有意思的是,這次撈鼎,運用了高竿雙滑輪聯動法。河中樹立兩支高竿,每竿頂部都裝一大滑輪,各有一群人在拉滑輪上的繩子。兩滑輪間,兩繩各吊一隻鼎耳,向上起吊一隻三足大圓鼎。

可惜的是,當時秦人隻得到8座鼎。傳說那一座神鼎即將要打撈上來時,鼎內一龍頭伸出,咬斷了係鼎的繩索,鼎複沉入水下,再也無法找到。

秦始皇命令千人深入水底打撈,終於不得,留下了終生遺憾。

周鼎自劉邦入鹹陽,項羽燒秦宮,之後便無蹤跡,成為我國曆史上的千古謎案。不過,漢代的《泗水撈鼎》畫像石告訴我們,九鼎之形,係三足大圓鼎,這應該是當時的共識。

我國古代的滑輪運用,在秦漢時期就開始了。當時有許多大工程,滑輪被廣泛應用。

滑輪,古代人稱它“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。

滑輪的另一種形式是轆轤。把一根短圓木固定於井旁木架上,圓木上纏繞繩索,索的一端固定在圓木上;另一端懸吊水桶,轉動圓木就可提水。隻要繩子纏繞得當,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。

轆轤大概起源於商周時期。據宋代曾公亮著《武經總要·水攻·濟水府》,周武王時有人以轆轤架索橋穿越溝塹的記載。

最早討論滑輪力學的還是《墨經》。《墨經·經下》把向上提舉重物的力稱作“挈”,把自由往下降落稱作“收”,把整個滑輪機械稱作“繩製”。

《墨經》中說:以“繩製”舉重,“挈”的力和“收”的力方向相反,但同時作用在一個共同點上。提摯重物要用力,“收”不費力。若用“繩製”提舉重物,人們就可省力而輕鬆。

在“繩製”一邊,繩比較長,物比較重,物體就越來越往下降;在另一邊,繩比較短,物比較輕,物體就越來越被提舉向上。

如果繩子垂直,繩兩端的重物相等,“繩製”就平衡不動。如果這時“繩製”不平衡,那麼所提舉的物體一定是在斜麵上,而不是自由懸吊在空中。

墨家對滑輪力學的討論,使我們不能不讚佩其豐富的力學知識。

唐代詩人劉禹錫描寫了他親自所見的一種叫“機吸”的提水機械,它是把轆轤和架空索道聯合並用,以便把山下流水一桶桶地提上山頂,既澆出地又省力。

[旁注]

漢畫像石 是漢代地下墓室、墓地祠堂、墓闕和廟闕等建築上雕刻畫像的建築構石。畫像石不僅是漢代以前我國古典美術藝術發展的巔峰,而且對漢代以後的美術藝術也產生了深遠的影響,在我國美術史上占有承前啟後的重要地位。

秦宮 這裏指阿房宮。阿房宮是秦朝的宮殿,據史書記載,始建於公元前212年。遺址在今陝西省西安市西郊的阿房村一帶。阿房宮不僅是我國曆史上的一段傳奇,更是世界曆史文化遺產中的一塊瑰寶。

周武王 (約公元前1087年~公元前1043年)。西周的建立者,華夏傑出領袖。西周時代青銅器銘文常稱其為“斌王”。他繼承父親遺誌,表現出卓越的軍事、政治才能,成為了我國曆史上的一代明君。

劉禹錫 (772年~842年)。唐代文學家,哲學家。唐代中晚期著名詩人,有“詩豪”之稱。他的家庭是一個世代以儒學相傳的書香門第。政治上主張革新,是王叔文派政治革新活動的中心人物之一。

[閱讀鏈接]

考古工作者曾經采用絞車、滑輪等機械裝置,在江西省貴溪仙岩把一口重約150千克的“棺材”吊進了一個離上清河水麵約20多米的懸崖洞中。專家認為,此舉“重現了2000多年前古人吊裝懸棺的壯觀場麵”,從而“解開了中國懸棺這一千古之謎”。

也就是說,古人曾經利用絞車、滑輪等簡單機械,完成了當時從地麵起吊懸棺數十米的這一工程。表明古人對滑輪機械的運用已經爐火純青。