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三。機械成就

在討論車輪制造時,考·公基·倫·張任從受力、運動、與地面接觸不同的影響等因素出發,談到車輪的形狀與運動速度的關系,說:“觀察汽車的每壹個方法都是細致的,沒有速度。”“微觸”是指車輪與地面的接觸面積很小。也就是說,如果車輪與地面接觸少,就容易轉得快。那麽,如何才能做到“微觸”呢?它接著指出:“如果妳想讓它最小化,妳沒什麽可拿的,就拿著它(圓)。”也就是盡量把輪子做成理想的圓形。這是實踐中對滾動體滾動速度與滾動體接觸面積關系的經驗總結,符合現代摩擦理論。在討論如何檢查車輪各部分是否均勻時,它說:“輪輻必須均勻,調平(下沈)必須均勻。”"水被認為(取決於)它的平靜."在這裏,水是浸在水裏的。如果“整平”的意思是起伏壹致,那麽車輪的各個部分就必須是均勻的,符合制作車輪的要求。這就是浮力原理在制造輪子中的應用。在討論車輪大小對拉力(牛或馬)的影響時,它說:車輪過短,馬總是上坡。從目前的力學知識來看,車輪過低時,軸與地面成壹定角度,馬除了克服運動阻力還要承受壹部分重力,所以馬總是像上坡壹樣掙紮。這是對實際中斜面上的應力的極好分析。

“考公基”還分析了與彈道學相關的技術。它在《矢人》中說:“水能辨其陰陽,定其比,夾其比定其羽,參其羽,定其刃。即使有爆炸,也可以害怕。”也就是說,為了讓箭在飛行中保持穩定,箭上的羽毛按照壹定的比例對稱排列,再加上箭頭,這樣就不怕飛行中的風的影響了。然後他說:“前者弱,後者弱,後者飛,中間弱,中間強。”“羽豐則遲,羽殺則遲。”這說明如果箭桿先輕後重,或者先重後輕,都會影響飛行高度;中間重量配置不當會影響飛行穩定性;羽毛太多,飛行速度慢。如果羽毛太少,箭很容易倒向壹邊,錯過目標。

考·公基是第壹個討論物體慣性的人。《壹個人》壹文中說:“勸妳加足馬力,當它耗盡時,妳就能取之。”意思是拉壹匹馬的時候,馬已經不發力了,但是車還能走很遠。這裏指出了物體的壹個基本屬性——慣性,這也是世界上最早的關於慣性現象的討論。

東漢王充在仔細觀察物體運動的基礎上,在《論衡》中指出了人的視覺在觀察物體運動速度時會產生錯覺的原因以及如何測量物體運動的速度。在《論衡》中,他說:“天道病了,人走得太遠,視之為遲。望著遠處事物的他,若不動,若不動;怎麽測試?在江海裏坐船,駕著風,近岸病,遠岸晚,船固,或病或晚,遠近自然。”那是因為觀察者和運動物體之間的距離不同,所以它的速度也不同。這也說明王充已經知道視角不同對觀察物體速度的影響。論運動速度,也有“日行千裏,夜行千裏,麒麟日行千裏,但日與麒麟步相似。”意思是太陽和麒麟在白天以相同的速度運動,說明現代物理學中的“速度”概念已經萌芽。

關於力與運動的關系,王充說:“故車行於陸上,船行於溝中。飽而重者遲,空而輕者病。”“責任重大,很難快速進步。”他還說“古人多力,體力負荷千裏。”幾乎可以把鉤子拉長,讓它自舉。不能離開地面。“顯然,不僅知道在外力作用下,如果外力不變,物體越重,越難開始運動或改變運動狀態。這顯然就是現在所謂的牛頓第二運動定律的萌芽,也承認了內力改變不了物體運動狀態的事實。

漏行渾天儀和候地動儀是東漢張衡(公元78-139年)根據物理學和力學原理制作的。它們分別在天象和地震觀測中發揮了作用。漏運轉星盤是壹種自動測量和顯示天象的儀器。它用壹個中空的銅球代表天球,銅球上畫有星座、黃道和赤道、天球上附著的地平環和子午環等。天球可以支撐在子午環上繞天軸旋轉。此外,測量時間的破釜與大象聯動,即利用破釜的等時性,以破釜漏出的水為動力,再通過安裝在大象體內的齒輪做傳動和控制設備,使大象每天繞天軸勻速轉動,達到自動、近乎正確演示天象的目的。侯豐地動儀由精鋼制成,形似壹尊酒雕,裏面均勻排列著八根“首都柱”——上粗下細的柱子。由於重心較高,地面震動時,非常容易向震動方向墜落。有八條龍,嘴裏銜著小銅球,每個龍頭下都有壹只蛤蟆,昂著頭,張著嘴(見插圖5)。壹個資本柱倒下來,帶動相連的龍,使龍嘴張開,裏面裝的銅球落入下面的蛤蟆口中。因此,可以通過觀察下落銅球的方向來判斷地震的方向。

在運動相對論的觀念方面,晉代天文學家(261 ~ 303)說:“乘舟涉水,水去,舟不遷”(《誌》);金(283 ~ 363),字抱樸子,在《抱樸子內篇·塞南》中說:“雲往西,月往東。”這種相對運動的思想甚至在《晉書·十壹天》中被用來解釋天體的運動:“天如磨盤向左轉,日月向右轉,隨天向左轉,所以日月實際上是向東移動,而天空卻向西拉。”比如壹只螞蟻走在磨盤上,磨左手螞蟻往右走,磨出病螞蟻來晚了,只好帶著磨回到左邊。“很有價值的是《商舒威考淩瑤》壹書,至少成書於東漢(作者不詳,收錄於明代孫翼編的《古微》壹書中)。同時,書中提出了壹個著名的結論:“陸上有四遊,冬季至日北上西三萬裏,夏季至日南下東三萬裏,春秋分是其中之壹。“關於運動相對論的這壹觀點,考淩瑤至少比伽利略的對話早約1500年。這種觀點表明中國古代的體育思想已經達到了很高的水平。