三国时期的力学知识

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导读:力学知识  力系的平衡  三国时期,人们已研究了系统的力的平衡问题。魏明帝(226—230)时关于凌云台的修造和倾倒情况是很突出的例子。刘宋时刘义庆《世说新语》载:“凌云台楼观精巧,先称平众木轻重,然后造构,乃无锱铢相负。揭台虽高峻,常
力学知识
 
  力系的平衡

  三国时期,人们已研究了系统的力的平衡问题。魏明帝(226—230)时关于凌云台的修造和倾倒情况是很突出的例子。刘宋时刘义庆《世说新语》载:“凌云台楼观精巧,先称平众木轻重,然后造构,乃无锱铢相负。揭台虽高峻,常随风摇动,而终无倾倒之理。魏明帝登台,惧其势危,别以大木扶持之,楼即颓坏。论者谓轻重力偏故也。”①这一段话是说,在建造凌云台之前,预先做出精密的设计,建台时又“先称平众木轻重”,这样建成的楼台,便“无锱铢相负”,因而尽管高台常随风摇动,但仍保持了力系的平衡而不致倾倒。后来魏明帝令用大材扶持,反而使楼台颓坏。当时的人就议论说,此台之所以颓坏,是由于“轻重力偏”所引起的后果。这一事例反映了我国当时建筑师的高超水平,也反映了当时人们已具有较高的力系平衡的知识。

  辘轳的新用途除了用辘轳打水或提举重物外,魏时还以辘轳举人。《世说新语》载:“韦仲将能书。魏明帝起殿,欲安榜,使仲将登梯题之。既下,头鬓皓然,因敕子孙无复学书。”梁刘孝标注引《文章叙录》曰:“韦诞字仲将,京兆杜陵人,太仆端子。有文学,善属辞,以光禄大夫卒。”又引卫桓《四体书势》曰:“诞善楷书,魏宫观多诞所题。明帝立凌霄观,误先订榜。乃笼盛诞,辘轳长絙引上,使就题之。去地二十五丈,诞甚危惧。乃戒子孙绝此楷法,著之家令。”①《世说新语》说韦诞是“登梯题之”,而《四体书势》则谓以“笼盛诞,辘轳长絙引上”,看来后者或较可信。因匾额高于地面达二十五丈,安梯登梯都相当困难。

  水浮力的巧妙利用在先秦、秦汉造舟技术以及浮囊渡江等知识的基础上,这一时期还出现了“以舟量物”的好办法。这就是人所共知的曹冲称象的故事。《三国志·邓哀王冲传》载:“邓哀王冲,字仓舒,少聪察岐嶷,生五六岁,智意所及,有若成人之智。时孙权曾致巨象,太祖欲知其斤重,访之群下,咸莫能出其理。冲曰:‘置象大船之上,而刻其水痕所致,称物以载之,则校可知矣。’太祖大悦,即施行焉。”用可分解称量的重物(如一堆石头)代替不可分解的巨象,在船的吃水线(水痕)相同的情况下,算出巨象的重量,这确是巧妙的办法。近人陈寅恪认为,曹冲称象的故事系佛教故事流传中国后比附而成的①,季羡林亦持此说①,这或许有可能。中印文化交流甚早,公元前242年,西域沙门室利防等18人曾携带梵本经籍到过咸阳。至少在公元前1世纪印度佛教已由克什米尔传入于阗②。但是宋人吴曾的《能改斋漫录》卷二载:“予按《符子》曰:‘朔又献燕昭王以大豕,曰养奚若,..王乃命豕宰养之。十五年大如沙坟,足不胜其体,王异之,令衡官桥(桥即大衡器)而量之。折十桥,豕不量。命水官浮舟而量之,其重千钧。..乃知以舟量物,此燕昭王时已有此法矣,不始于邓哀王也。”燕昭王于公元前311—前279年在位,此时佛教故事或未传入中国,那么浮舟量豕之事可说是中国之发明。然而《符子》原书已佚,且系汉晋时人追叙春秋遗事,难以为据。不过,以舟量物之事不论是否由印度传入(抑或由中国传至印度),从《三国志》所载,可知我国魏晋时期已经拥有利用水浮力称量重物的知识了。

  除以舟量物外,水浮力还广泛利用于农事选种上。北魏农学家贾思勰在《齐民要术》中说:“将种前二十许日开出,水洮(浮秕去,则无莠),即晒令燥,种之。”③又说:“地既熟,净淘种子(浮者不去,秋则生稗)。”①水浮法选种虽初见于《齐民要术》,但其渊源应当更早。

  对大气压力和浮力的进一步认识南北朝时期成书的《关尹子》载:“瓶有二窍,以水实之,倒泻,闭一则水不下,盖不升则不降;井虽千仞,汲之水上,盖不降则不升。”②这是一个关于大气压力的实验。所谓不升不降或不降不升之说,即是人们从实验中得出的经验知识。当瓶倒覆之时,二孔之中,只有其一孔进入空气,另一孔才可出水;若闭其一孔,即不让空气进入瓶内(不升),则另一孔的孔面就会被空气所阻,水也不会流出(不降)。井筒汲水,气从筒外降至井之水面,则水可从筒汲上;若气不降(例如井盖严密封闭,空气无由出入),则井水亦不被汲上(不升)。当时人们虽没有明确的“大气压力”的概念,但业已知道空气具有阻遏水的流动的能力,或者说具有浮托水孔中的水的能力。魏晋时期人们还利用空气的反作用力制成飞行器具。葛洪(284—363)
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