五代十国南北朝时期的物理学

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导读:第一节力学  对大气压力(压强)的进一步认识及更广泛应用  宋代时,俞琰曾谈到:“予幼时有道人见教,则剧烧片纸纳空瓶,急覆于银盆水中,水皆涌入瓶,而银盆铿然有声,盖火气使之然也。又依法放于壮夫腹上,挈之不坠。”①把燃烧的
第一节 力学
 
  对大气压力(压强)的进一步认识及更广泛应用
  宋代时,俞琰曾谈到:“予幼时有道人见教,则剧烧片纸纳空瓶,急覆于银盆水中,水皆涌入瓶,而银盆铿然有声,盖火气使之然也。又依法放于壮夫腹上,挈之不坠。”①把燃烧的纸片投入瓶里,会使瓶里的一部分空气排出瓶外,瓶内的压力由此减小,形成负压。这时如将瓶子放入水中,大气压力就会使水涌入瓶内。若用类似的方法,则大气压力会使瓶子紧压在人腹部,现在人们熟知的拔火罐,其原理就是如此。
  应用大气压强制作虹吸管和唧筒,当时人也有许多记载。如:宋代曾公亮的兵书《武经总要》记述:“凡水泉有峻山阻隔者,取大竹去节,雄雌相合,油灰黄蜡固缝,勿令气泄,推竹首插水中五尺,于竹末烧松桦薪或干草,使火气自竹内潜通水所,则水自(竹)中逆上。”①这与唐代杜佑在《通典》中所述的方法相似。在《武经总要》中曾公亮还记述用于灭火的唧筒:“唧筒,用长竹,下开窍,以絮裹水杆,自窍唧水。”②利用裹了絮的水杆的往复运动,把水吸上来。这种唧筒实际上是后世活塞泵的前身。苏轼在《东坡志林》中也记载了这种设备:“蜀去海远,取盐于井。..自庆历、皇祐以来,蜀始创筒井,用圜刃凿如碗大,深者数十丈。以巨竹去节,牝牡相衔为井,以隔横入淡水,则咸泉自上。又以竹之差小者,出入井中为筒,无底而窍其上,悬熟皮数寸,出入水中,气自呼吸而启闭之,一筒致水数斗。凡筒井皆用机械,利之所在,人无不知。”③可知唧筒已广泛应用于四川的井盐开采。对液体性质的深入认识这一时期对浮力的原理及应用有了更深的认识。《宋史》记载僧人怀丙打捞铁牛的故事就是借浮力起重的典型事例。“河中府浮梁,用铁牛八维之,一牛且数万斤。后水暴涨绝梁,牵牛没于河,募能出之者。怀丙以二大舟实土夹牛维之,用大木为权衡状钩牛,徐去其土,舟浮牛出。”④怀丙的方法,当为今人所使用的浮箱打捞法之肇始。
  表面张力是液体的一个重要特性,实质上是分子力的一种表现。汉代时,人们对表面张力现象已有所认识。到了宋代,人们将此现象应用于桐油质量的检验:“验真桐油之法,以细篾一头作圈子,入油蘸。若真者,则如鼓面鞔圈子上;掺有伪,则不著圈上矣。”①因存在表面张力的缘故,纯净的桐油可附着在细竹篾圈上形成一薄膜,而有杂质的桐油就不能形成薄膜。周密在《齐东野语》中还记载了一种以少许净水调开熊胆以去除眼球表面尘土的方法:“熊胆善辟尘。试之之法,以净水一器,尘幂其上,投胆粟许,则凝尘豁然而开。以之治目障翳,极验。”这是由于熊胆溶于水后,在水面形成薄膜,膜的表面张力会将水面尘埃推开,因此可用来清洗和除去眼球表面的灰尘。
  对于液体浓度的测定,这时也有了较为科学的方法,这主要反映在检验盐卤的浓度方面。因为在制盐过程中,确定盐卤是否有煎煮的价值,就是根据其浓度来决定的。北宋初年,赞宁在《物类相感志》中说:“盐卤好者,以石莲投之则浮。”乐史记述了以10 个莲子来测定盐卤浓度的方法:“取石连(莲)十枚,尝其厚薄,全浮者全收盐,半浮者半收盐,三簾(莲)已(以)下浮者则卤未堪。”②说明浮起的莲子数目越多,盐卤的浓度越大,制盐价值越高。南宋姚宽记述:“予监台州杜渎盐场,日以莲子试卤。择莲子重者用之。卤浮三莲四莲味重,五莲尤重。莲子取其浮而直,若二莲直,或一直一横,即味差薄;若卤更薄,即莲沉于底,而煎盐不成。闽中之法,以鸡子、桃仁试之,卤味重,则正浮在上;咸淡相半,则二物俱沉,与此相类。”③这里说到莲子在浓度不同的盐卤中呈现不同的浮沉状态,同时还记载了福建人用鸡蛋和桃仁测试盐卤浓度的方法。这一时期有关用莲子等测定盐卤浓度的记载还有许多,可以见于吴仁杰《离骚草木疏》卷1、吴曾《能改斋漫录》卷15 等。  
 
第二节 热学
 
  至迟在宋代我国已发明了“走马灯”,其灯上有“马骑人物,旋转如飞”①。具体制作是在一个圆形或方形的灯笼中,有一立轴,立轴上方固定一叶轮。立轴底部的近旁,装有烛座。蜡烛点燃后,热空气上升,推动叶轮转动,从而带动立轴旋转。立轴中部交叉安装的两根铁丝的外端贴有纸剪的人马等,亦随立轴旋转。因此人马的影子投射到灯笼上,看起来“车驰马骤,团团不休”②。走马灯在宋代的许多诗文著作中均有记述,如范成大《石湖居士诗集》卷23《上元纪吴中节物俳谐体三十二韵》;姜夔《白石道人诗集》卷下《观灯口号十首》之七;金盈之《醉翁谈录》卷3《京城风俗记》;吴自牧《梦粱录》卷13“夜市”条等。这种应用热气流而用作玩具的走马灯,与现代的燃气轮机,其根本原理是相同的③。   
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