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图7－2 元至顺三年制铜火铳
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用抛石机发射的火炮，由于木杆摇晃，准确度较差。而管形火器由于枪管对子弹的约束力，造就了一个较为稳定的管内弹道，这也就大大增加了管外弹道的稳定性，从而使射击的准确性大为提高。所以管形火器的出现在兵器发展史上是一个重大的突破。它为近代枪炮的不断发展奠定了初步基础。
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兵器制造技术
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宋代兵书甚多。《宋史·艺文志》列兵书347部，共计1956卷，约为唐代的6倍。其中流传至今的首推曾公亮《武经总要》40卷，其次如许洞《虎钤兵经》20卷等。关于兵器制造和军事工程方面的专书，《隋书·经籍志》、《唐书·艺文志》均未见记载。《宋史·艺文志》则载有《炮经》1卷，《强弩备术》3卷，《行兵攻具术》和《行兵攻具图》各1卷等。这些专著虽然多已失传，但在一些总论军事武备的书中，兵器部分也占有不少篇幅。如《武经总要》一书，仅就兵器制造而言，也是一部极有价值的著作。
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在《武经总要》中，有第10卷攻城法，第11卷水攻、火攻，第12卷守城，第13卷器图。此外，在第2卷中有弓法、弩法。第10卷中有攻城器具。其中以第13卷器图内容最为丰富，包括射远器——弓弩，各种长短兵器，各种防护装备盔甲、盾牌等，以及各种战车。其中值得注意的有：炮楼（四轮高架炮车），行炮车（四轮炮车和二轮炮车），折叠桥，以及游艇、蒙冲、楼船、走舸、斗舰、海鹘等舰艇；火禽、杏雀、火兽、火船等火攻器具与设备。此外，还有旋风炮、旋风五炮（炮楼、行炮车都是抛石机，所谓旋风炮是指可以向任一方向发射的抛石机），以及行炉、猛火油柜等。在弓弩方面尤其值得称道，如三弓豉子弩射二百步；双弓床弩，用五、七人至十人张弩，一人瞄准，一人槌发，射一百二十步；又有手射弩，二十人张，射二百五十步。
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当时大量制造弓弩。《宋史·兵志》称：“工署南北作坊及弓弩院每年造铁甲三万二千，弓一千六百五十万，各州造弓弩六百二十万。其中床子弩射七百步。”在这以后，到1083—1084年间，军器监又创床子大弓，用人少，射程远，中的深，能射一千步。其中使用范围较广时间又较长的是1068年平民李宏所献神臂弓。这是一种强弩，弓长三尺二寸，弦长二尺五寸，铜马面牙发（铜弩机），射三百四十余步，入榆木半笴（箭杆）。《梦溪笔谈》卷19称，“神臂弓能洞重札，最为利器”。《宋史·兵志》，《容斋三笔》、《曲洧旧闻》等也盛称其为“他器弗及”的利器，可见神臂弓在当时是名闻遐迩的射远器。1135年，大将韩世忠又将神臂弓的尺度增大，并改名为“克敌弓”：在宋金之战中，大获胜捷。可见宋代在弓弩方面的长足进展。在《宋会要》（清人辑稿）中，有关于弓箭制造技术的详细描述。
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关于长短兵器，宋代长兵器以枪为主，次则大刀，钩竿、叉竿等杂式长兵器。大刀是汉族所固有，而钩竿、叉竿则是少数民族所习用。长枪虽然以汉式为主，其中一部分也杂有少数民族形制，如南方少数民族所用的梭枪。
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宋代短兵器除刀剑一贯保持汉族传统形式外，由少数民族互相交流而来的短兵器也为数不少。如羌人的蒺藜、蒜头，胡人的三节鞭等等。宋人喜用各种铁棒，名目繁多为前代所未有。
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元代短兵器最常用的是剑、斧、锤、短标枪和刀。卫士多用锤、棒和大棒。骑兵执长标枪，佩斧、剑。弓箭制造更是十分注意，量多，质精。元代蒙古人所用铁剑式样与前代相同，特点是无脊、无棱、无槽。蒙古人所用兵器选材好，制造精工，并吸收了西亚和欧洲兵器制造工艺的精华，加工十分精致。
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至于防护装备有钢铁锁子甲等各种铁甲。宋代后期铁甲减轻，马甲、车牌等都力求轻便，表现出当时的发展方向。特别值得指出的是冷锻的“瘊子甲”，这是我国少数民族劳动人民在兵器制造和冶金技术方面的一项重要成就。《梦溪笔谈》卷19说：“青堂羌善锻甲，铁色青黑，莹彻可鉴毛发……去之五十步，强弩射之不能入。……其始甚厚，不用火；冷锻之，比元厚三分减二乃成，其末留筋头许不锻，隐然如瘊子，欲以验未锻时厚薄……谓之瘊子甲。”这里所述冷锻的形变量“三分减二”是符合冷锻加工规律的。实践证明，冷加工形变量在小于70％的情况下，形变量大则强度性能好，过此则脆性剧增。冷锻不仅能使甲的表面细致光滑，并且硬度比热锻高，因而冷锻甲比热锻甲具有更高的防护能力。
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宋代各种兵器多有发展，又吸收了许多少数民族的兵器样式，纷然杂陈。为了统一兵器制度，在熙宁六年（1073年）置军器监。制度皆著为式，共110卷，杂材1卷，军器74卷，物料21卷，杂物4卷，添修及制造弓弩式10卷，称为《熙宁法式》。熙宁七年又编成《弓式》。元丰六年（1083年）参定城池守具制度，又编成《军器什物法制》【12】。这些制度的建立，是兵器发展到一定阶段的产物。
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中国科学技术史稿（修订版） [:1701078191]
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三 指南针的发明与航海造船技术
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指南针的发明与应用
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早在战国时期，就有关于指南针的始祖“司南”的记载。《韩非子·有度篇》里有“先王立司南以端朝夕”的话，端朝夕就是正四方的意思。而这里的司南大概是用天然磁石制成的，样子像勺，圆底，置于平滑的刻有方位的“地盘”上，其勺柄能指南的磁体指向仪器，即所谓“司南之勺，投之于地，其柢指南”【13】。这是人们在长期使用磁石的过程中，对磁体指极性认识的实际应用，是指南针发明前最初的也是最重要的创造。但是，由于用天然磁石琢磨司南时，容易因打击、受热而失磁，所以司南的磁性较弱，而且它与地盘接触处转动摩擦的阻力又较大，难以达到预期的指南效果。这可能是司南在相当长时间内未能得到广泛使用的主要原因。
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航海事业的发展，需要有较好的指向仪器，这给磁体指向仪器的进步以直接的刺激和推动。经过长期的实践与反复的试验，到宋代，人们在人工磁化方法和使用磁针的方法两个方面的探索，取得了重大的进展，导致了指南针的发明和广泛的应用。
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在《武经总要》前集卷15中，载有制指南鱼的方法：“用薄铁叶剪裁，长二寸、阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之。”从现代的知识看，这是一种利用强大地磁场的作用使铁片磁化的方法。把铁片烧红，令“正对子位”，可使铁鱼内部处于较活动状态的磁畴顺着地球磁场方向排列，达到磁化的目的。蘸入水中，可把磁畴的规则排列较快地固定下来。而鱼尾略为向下倾斜，可起增大磁化程度的作用。其记述虽属寥寥数语，却内涵丰富又合乎科学道理，显然是人们经过反复试验总结出来的较为有效的工艺方法。人工磁化方法的发明，在磁学和地磁学的发展史上是一件大事。但该法所得的磁性仍较弱，其实用价值还不大。
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另一种人工磁化的方法，见《梦溪笔谈》卷24所载：“方家以磁石摩针锋，则能指南。”从现在的观点来看，这是一种利用天然磁石的磁场作用，使钢针内部磁畴的排列规则化而让钢针显示出磁性的方法。它既简便又有效，为具有实用价值的磁体指向仪器的出现，创造了重要的技术条件。
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关于磁针的装置方法，沈括提到了“水浮”，置“指爪及碗唇上”以及“缕悬”四种。曾公亮所述指南鱼用的也是水浮法。这种方法在宋元时期应用较多。但正如沈括所指出的“水浮多荡摇”，是该法的重大缺点，对于二、三两法，沈括指出了其长处是“运转尤速”，短处是“坚滑易坠”。沈括比较推重的是第四法，“其法取新纡中独茧缕，以芥子许蜡缀于针腰，无风处悬之，则针常指南”。这确是一种较好的装置方法。南宋陈元靓在《事林广记》中还介绍了一种当时流行的指南龟装置新法：将一块天然磁石安装在木刻的指南龟腹内，在木龟腹下挖一光滑的小穴，对准了放在顶端尖滑的竹钉子上。使支点处摩擦阻力很小，木龟便可自由转动以指南。这就是后来出现的旱罗盘的先声。
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指南针一经发明，很快就被应用于航海。成书年代略晚于《梦溪笔谈》的朱彧所著《萍洲可谈》（1119年）卷2中，已有明确记载：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦则观指南针。”二十几年以后，徐兢的《宣和奉使高丽图经》也有类似的记录：“惟视星斗前迈，若晦冥则用指南浮针，以揆南北。”到元代，不论昼夜阴晴都用指南针导航了。与之相应的还出现了某些航线的以罗盘（指南浮针）指示海路的著作。这表明了指南针在航海中的重要性更加显著了，同时，这又是指南针的制作技术和使用技巧臻于成熟的反映。
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图7－3 指南针四种装置方法示意图
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指南针的应用，使人们获得了全天候航行的能力，人类才第一次得到了在茫茫大海上航行的自由。从此，人们陆续开辟了许多新航线，缩短了航程，加速了航运，促进了各国人民之间的文化交流与贸易往来。指南针的发明和应用是我国人民对于人类的重大贡献之一。
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海运的发展
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唐代，我国船工在开辟新航线方面作出了许多贡献。842年，我国航海木帆船船长李邻德驾驶海船自宁波启程，沿我国海岸北行经山东、辽宁到朝鲜，然后到日本。这一条航线基本上还是沿海岸航行。843年，我国航海商船船长李处人首次开辟了由日本嘉值岛直达我国浙江省温州的新航线，全程约需6昼夜。859年，我国航海商船由宁波开船，趁西风直放日本嘉值岛那留浦，全程仅需3天，创造了中日间航程的新纪录。唐宋时期，由于我国造船事业的高度发展以及勇敢、勤劳的水手和船长们一次又一次地开辟新航线，因而我国航海事业获得了空前的发展。