1701098452
三、《考工记》中的经验力学
1701098453
1701098454
有人说《考工记》是春秋末年齐国官书。从科技史看，它是春秋战国时期有关手工生产的科学技术文献，是当时手工制度和技术规范的汇集。
1701098455
1701098456
《考工记》一书涉及手工技术中六大工种（木工、金工、皮工、色工、刮摩工、抟埴工），包括30个门类，如制车、兵器、乐器、容器、玉器、皮革、丝织、染色、陶瓷、建筑、水利等等。在制车工艺中，又分为车架、轮、毂、辐、箱、盖弓等手工技艺。其他各工种莫不如此。手工工艺的专门化与分工精细的倾向是当时手工业生产技术高度发达的标志。与科学相关的是，该书叙述了各门类手工生产的设计要求、制作规范、数量比例关系，还力图说出其中的道理。在这些道理中，含有相当的物理学经验知识。
1701098457
1701098458
《考工记·辀人》详细记述了拉车走平地和上坡的不同用力情形，指出“登阤（斜）者，倍任者也”。物理学讲“斜面省力”，是对举重物和以斜面升重（同重同高）两者比较而言的。《荀子·宥坐》是以物理学观点讲斜面的：“三尺之岸而虚车不能登也，百仞之山任负车登焉，何则？陵迟故也。”实质上，《考工记·辀人》、《荀子·宥坐》和物理学所讲都是同一个道理。又如，《考工记》述及检验一个车轮是否圆的方法：
1701098459
1701098460
凡察车之道，必自载于地者始也，是故察车自轮始。凡察车之道欲其朴属而微至。不朴属，无以为完久；不微至，无以为戚速也。
1701098461
1701098462
凡是检查一辆车子好坏，必先从车轮开始。看它是否与地平面仅有“微至”的接触。一个车轮的周边与地面都是接触于一点（微至），这个车轮就必定是圆的。这个检查车轮是否圆的经验，在今天仍被自行车修理工所采用。
1701098463
1701098464
先秦木工检察车轮的经验，引出了墨家对轮（或圆）作出定义：“环俱柢”。“环”即圆形物，“柢”是树根。圆物边上处处都似有根。这个“根”即指与地面接触。战国时期辩者公孙龙又提出与墨家完全相反的命题：“轮不蹍地”。轮与地面接触仅是“微至”，即一点点；整轮子却不与地面接触。这些学派从工匠经验中作出的思辨，无疑对物理学的产生极有帮助，可惜，在中国古代类似思想火花太少了。
1701098465
1701098466
《考工记》叙述箭镞制造及其各部分比例对箭矢飞行的影响；涉及青铜钟、磬制造及其发音，都饱含了力学、声学知识。
1701098467
1701098468
自汉以降，《考工记》成为儒家经典《周礼》中一篇。中国传统的力学（或物理学）就沿着《考工记》之路一直走到明清之际。这条路就是经验力学、技术力学。
1701098469
1701098470
四、相对运动
1701098471
1701098472
古代中国人对相对运动有较深刻的认识。晋代束皙说：“仰游云以观，日月常动而云不移。”（《隋书·天文志》）晋代葛洪说：“见游云西行，而谓月之东驰。”（《抱朴子·内篇·塞难》）梁元帝萧绎《早发龙巢》一诗中有“不疑行舫动，唯看运树来”之句。这些都是相对运动的例子。束皙还提出：“乘船以涉水，水去而船不徒矣。”也就是说，束皙想到，河中漂流的船并不在运动之中。与此相映成趣的是，古希腊亚里士多德说：“不能同时踏进同一条河流。”可惜，束皙未曾引申到“船也不能同时停泊在同一条河中”的思辨结论。
1701098473
1701098474
成语“刻舟求剑”指出了判断水在运动时坐标的重要性。故事出自于《吕氏春秋·慎大览·贵因篇》：
1701098475
1701098476
“楚人有涉江者，其剑自舟中坠于水，遂契其舟。曰：‘是剑之所以坠。’舟止，从其所契者入水求之。舟已行矣，而剑不行。求剑若此，不亦惑乎？”要找到剑，坐标取在哪，确实需要有一定的力学知识才行。
1701098477
1701098478
缓慢爬行的蚂蚁，若其行走于迅速转动的磨（或碨）边上，或蚁顺磨转而动，或蚁逆磨转而动，如何确定蚁的速度，视觉结果是什么性状？这是汉代王充《论衡·说日篇》和《晋书·天文志》中曾经讨论的问题。古人设日、月为天空中的蚁，而天球设为磨，日月右行，天球左行。坐标不同，就会得出“天左旋”还是“天右旋”这一古人旷日持久之争。《晋书·天文志》的结论是：
1701098479
1701098480
天旁转如推磨而左行，日月右行，随天左转。故日月实东行，而天牵之以西没。譬之蚁行磨石之上，磨左旋而蚁右去，磨疾而蚁迟，故不得不随磨以左回焉。
1701098481
1701098482
以相对运动的观点并不能绝对地确定作相对运动的二物是哪一个在动，哪一个静止。唐代《敦煌曲子·浪淘沙》中曾就船只与远山之运动关系写道：“看山恰似走来迎。仔细看山山不动，是船行。”这个道理并不为众人全知晓。天文学家哥白尼（N.Copemicus,1473～1543年）在其名著《天体运行论》中曾引用古希腊人的诗句“我们离港向前航行，陆地和城市后退了”，并以此推测出日心地动说。这种相对运动的物理现象显然不足以证明地球在运动，自然也不足以证明地球不运动。解决这种两难的处境需要动力学，需要相对论。
1701098483
1701098484
五、相对性原理
1701098485
1701098486
相对性原理（relativity principle）是爱因斯坦建立相对论的两大支柱之一。它的意思是：在一个惯性坐标系中，任何力学的、光学的或电磁的实验都不能发现该坐标系是否在运动。另一个支柱就是，光速不变。
1701098487
1701098488
相对性原理的思想或表述，早在汉代被中国人做出来了。汉代成书的《尚书纬·考灵曜》中写道：“地恒动不止，而人不知。譬如人在大舟中，闭牖而坐，舟行而人不觉也。”平稳而均速运动的舟近似一个惯性坐标系，关上门窗坐于舟内，无论你在这大舟中做什么，你都不能从你的感觉中或实验规律中来发现该舟的运动与否，也就是“舟行而人不觉”。以此证明“地恒动不止”，是古代人物理理论与物理思想的高峰之一。
1701098489
1701098490
在《考灵曜》之后约1500年，伽利略（G.Galilei,1564～1642）在其著《两大世界体系的对话》（1632年）中表述了与《考灵曜》相同思想的文字。只不过他描述了在这个大舟中的种种力学实验，如倒水、跳跃、苍蝇、蝴蝶和小飞虫的飞行等。他以这些实验要说明的一个基本思想就是“舟行而人不觉”。
1701098491
1701098492
在伽利略之后又过了将近三个世纪，人们才认识到，提出在封闭船舱中“舟行而人不觉”这一说法的重要意义，并把它称之为“伽利略相对性原理”。爱因斯坦进而推广，即使光学的、电磁的实验也不能发现这样的惯性系是否处在静止或运动之中。这就成了建立狭义相对论的两大支柱之一。
1701098493
1701098494
六、弹性定律
1701098495
1701098496
弹性定律是材料力学中反映固体特性的一个重要规律。说的是弹性材料的变形与其作用力成正比。这个规律是英国科学家胡克（R.Hooke,1635～1703年）首先提出来的，故而通常称为胡克定律。可是，在胡克之前约1500年，汉代人已述及弹性物体（如弓弩的弓干）的这种特性。
1701098497
1701098498
弓弩是古代重要作战利器，也是射远武器。中国历代宫廷极重视其制造，尤以秦汉和先秦时期为重。那时候，弓弩制作坊造好一具弓弩后，都要称量其拉力，并将此拉力数值刻写在弓弩上或登记造册。当此弓弩发至边寨或屯戍烽台时，又要进行拉力核校，以便分发将士使用。故而，秦汉典籍多有“千钧弩”、“百石弩”、“弯弓三百斤”等记载。在居延汉简中，刻有从一石到十石之弩文字上百次，且有准确到斤两的情况。可见造弓、“量其力”是整个弓箭制造流程中不可或缺的一步。
1701098499
1701098500
《考工记·弓人》说，“量其力，有参均”。“参均”者何意？抑或测量弓弩拉力积累了大量数据，还是有人认真地作了重复测拉力实验，以至汉代经学家郑玄（127～200年）终于作出了弓干拉力与其变形关系的叙述。他在《周礼·考工记》注疏中写道：
1701098501
[
上一页 ]
[ :1.701098452e+09 ]
[
下一页 ]