中国古代对力学的研究幻灯片.pptVIP

* 中国古代对力学的研究 　　力学知识起源于古代人对自然现象的观察和生产劳动中的实践经验，并逐步发展为生产技术和初步的自然哲理，这在东西方古代都是如此。 　　在我国古代，手工工艺技术成果远比经验性的理论总结突出得多，这是中国古代对力学研究的主要特点。从时间来看，大体可分为春秋战国、两汉、宋明三个高潮。 （1）春秋战国时期（公元前770～前221年） 　　公元前316年，蜀守李冰修建都江堰，“正面取水，侧面排沙”，其飞沙堰工程巧妙地利用了弯道环流，说明当时测河水流量、了解泥沙规律等水力学知识及水利工程已有相当的水平，成都平原二千多年来始终受益。 　　传为齐人著的《考工记》，是记录我国古代农具、兵器、乐器、炊具、酒具、水利、建筑等古代手工艺规范的专著，现存版本中如《裘氏》、《筐氏》、《雕氏》等篇内容已散佚。其中惯性现象的记述[“马力既竭， 輈（zhōu，指车辕）犹能一取焉”］，车轮大小与拉力的关系（轮太低，马总是像上坡一样费劲），箭羽影响箭飞行速度的关系（“后弱则翔，中强则扬，羽丰则迟”），检验木料强度的经验方法[如“置而摇之，以视其蜎（yuān，蠕动程度）]，“横两墙间，以视其桡之均”，“横而摇之，以视其劲”），以及堤坝设计的经验尺寸等，都反映了我国当时的生产技术水平和经验知识水平。 　　与《考工记》几乎同时的《墨经》，则进一步得出一些初步的力学哲理（如“奋”、“衡”、“本”、“标”、“重”、“权”等），给力下了比较科学的定义：“力，刑（形）之所以奋也。”可惜这一形成科学的抽象思维进程在后世没有顺利继续下去。 这一时期是以记录与积累生产经验为主，也形成了初步哲理。 （2）两汉到五代时期（前206～960） 　　简单机械逐渐发展为精巧的或大型的联合机械，如张衡的水运浑天仪、候风地动仪，西汉未巧工丁缓（公元1世纪）的“被中香炉”是世界上已知最早的常平支架， 祖冲之（429～500年）的水磨等等。 　　隋代造船业已很发达，如隋炀帝的龙舟已高40尺，宽50尺，长200尺。李春主持建造的河北洨河赵县安济桥（公元595～605年），跨度最大（37.02米），弧度最浅（拱矢高7．23米），至今1300多年，下沉水平差只有5厘米，说明实用结构力学发展的水平。浮力的利用甚多，如：浮桥的建造[唐李吉甫：“以船为脚，竹篾亘（gèn，横贯。）之”，“架黄河为之”]；东晋僧人惠远在庐山造莲花漏作为记时工具：“取铜叶制器，状如莲花，置盆水之上，孔底漏水，半之则沉”，即莲花漏由孔底进水到一半时就逐渐下沉，“每一昼夜十二沉”，非常巧妙。还有著名的曹冲称象故事，在陈寿著《三国志》卷二十及《江表传》中均有记载。 　　上述种种成就，集之于书的不多，北齐信都芳曾“集浑天、地动、攲器、漏刻诸巧事并画图名曰器准”，但已散失。 　　这一时期带有直觉经验型的物理哲理性著作是王充的《论衡》，在他的著作中对于运动的疾舒（快慢）、力与运动、物与运动、内力与外力的关系等作了叙述。 其次是运动的相对性概念，晋天文学家束皙（261～303年）说过：“乘船以涉水，水去而船不徙矣”（《隋书·天文志》）；晋葛洪（283～363年），号抱朴子，在其著作《抱朴子·内篇·塞难》中说：“游云西行，而谓月之东驰。”《晋书卷十一天文志》更将这一相对运动的思想用于解释天体运行：“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。”有极大价值的是至少成书于东汉时代的《尚书纬·考灵曜》（著者不详，收入明代孙毅编纂的《古微书》卷一《尚书纬》），该书在提出“地有四游，冬至地上行北而西三万里，夏至地下行南而东三万里，春秋二分是其中矣”的同时，提出了著名论断：“地恒动而人不知，譬如闭舟而行，不觉舟之运也。”这种对运动相对性的观点，《考灵曜》比伽利略的《对话》至少早约1500年。此观点说明我国古代物理思想达到过的高度。 　　这一时期在机械、水力等技术发展基础上物理思想活跃，但时物理现象很少作定量叙述。 （3）宋元明时期（960～1644） 　　我国古代技术成就极为丰富，但往往著述不详或流散失传，只知其名而不知其详，因而许多“巧器”历代都有人重新“创制”。如由仰韶文化时期尖底陶罐发展而成的攲器，“虚则攲，中则正，满则覆”（《苟子·宥坐》），是由于重心由高变低而又变高而致的，晋人杜预、南北朝祖冲之，魏、隋、唐、宋都有多人试制，指南车也有东汉张衡、三国马钧、祖冲之、宋燕肃、吴德仁等多人多次制成或未成。后魏时有郭善明与马岳同时研造，郭未成但妒嫉，见马岳垂成，便用毒酒杀之。而燕肃造这种凭靠齿轮传动使木人手指方向不变的指南车遇困难时，出门“见车驰门动而得其法”（宋陈师道《后山丛谈卷一》），这也是从机械原理中悟出的。可惜的是往往因古代人悟而未述或