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1、 第三节古代物理知识的代表作一、墨经墨经是墨家学派的着作，也是他们进展私学训练的教材（墨经书页见插页图3）。墨经中有关物理学问的内容，主要是在力学和光学方面。1.力学方面墨经中对时间和空间概念分别作了正确的定义。如“久，弥异时也”。“宇，弥异所也”。就是说，时间是不同时候的通称。空间是包括各个方面的一切地点。并区分了时间和时刻的概念，如“始，当时也。”“时，或有久，或无久。始，当无久。”就是说，时间可分为“持续（有久）的”和“非持续（无久）的”，即瞬时的两种。“开头”则属于“无久”的瞬时的那一种。墨家又把机械运动定义为“动，或（域）徒也”。意思是说，运动乃是物体空间位置的变动。墨经中对力的概念
2、提出了初步的论述。“力，刑（形）之所以奋也。”即是说，力是使物体开头运动或加快运动的缘由。墨经中还进一步把重量与力联系了起来，“力，重之谓。下与（举），重，奋也”。明显它指出了物体的重量也是一种力。并说明物体下落或向上举时，都有力的作用。墨家以桔槔和秤的工作原理为例，总结了杠杆的工作原理，提出了“本（重臂）”、“标（力臂）”、“权”、“重”等概念，论述了等臂杠杆和不等臂杠杆的平衡条件，并指出“挈，长重者下，轻短者上。”即杠杆的平衡，不但取决于两物的重量，还与“本”、“标”的长短有关。可见墨家已知道了可以用两种方法来调整杠杆的平衡，并已进展了杠杆原理的探讨。墨家还表达了斜面上的物体失去平衡的道理
3、，以及利用斜面来提升重物的方法。他们曾设计了一种装着滑轮的前低后高的斜面车，称为“车梯”，用来载重物沿斜面不断上升，以节约人力。2.光学方面墨经从早为人们熟悉的光的直线传播原理动身，首先提出了影与光、物之间的关系。如“景不徙，说在改为。”就是说影是不动的，为什么有时看到影在移动呢？这是由于光源（或物体）移动而使影转变位置的原因。接着对本影和半影及影子的大小跟光源、物体的关系等等作了论述，如“景二，说在重。”“景之大小，说在迆正、远近。”这两句分别是说，两种阴影区之所以形成，是由于两个光源的光线照耀到同一物体上，在物体后面产生的两个阴影区相互重叠的结果。同一物体之影所以会有时大有时小，是由于光线
4、照耀于该物体有时斜、有时正，以及光源离物体有时远、有时近的原因。又如“景倒，在午有端，与景长，说在端”，指出了小孔成像之所以倒立，是由于光线在小孔处穿插，至于像的长短，则于小孔的位置有关。并进一步说“光之人照若射。下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成景于上；首蔽上光，故成景于下。在远近有端与于光，故景库内也。”详细解释了小孔成像的缘由。墨经还介绍了平面镜成像，表达了凹面镜、凸面镜成像的规律，如“低，景一小而易，一大而正，说在中之内外。”即凹面镜可以生成一个倒立缩小的实像，或一个正立放大的虚像，缘由是由于人在球面中心和焦点之外还是之内。又如“团，景一。”即物体不管离凸面镜的距离远近如何，凸
5、面镜只可以生成一个正立缩小的虚像。可见，墨家私学不仅相当系统地讨论和传授了几何光学方面的学问，得出了精辟的见解和结论，而且在讨论和传授中已运用了观看、分析和科学试验的方法。此外，墨翟曾在地下设瓮，利用共鸣现象，探查敌方挖洞攻城的计策。到宋代曾公亮，在他的武经总要中，把这种方法称为“瓮听”，这是声学效应在军事中的应用。二、考工记考工记是春秋战国时期齐国人的一部科技着作（考工记书页见插页图4）。它是我国古代一部手工技术标准的汇合。全书所论包括了当时手工业的主要工种，并在论述各种手工技术的同时，还阐述了其科学道理。经分析可以看到在描述每一项手工技术的文字中都包含了肯定的物理学问，其中主要是力学和热学
6、方面。1.力学方面。考工记轮人篇在论述车轮制造时，以受力、运动和不同接触地面的影响等因素动身，在讲到轮子的外形与运动快慢之间的关系时说：“凡察车之道不微至，无以为速也”。“微至”是指轮和地面的接触面积少。就是说，车轮与地面接触少，就简单转得快。那么，怎样才能到达“微至”呢？它接着指出：“欲其微至也，无所取之，取之圜（圆）。”即要尽量把轮子做成抱负圆。这是在实践中对滚动物体的滚动速度与滚动物体的接触面积大小有关的阅历总结，是符合近代摩擦理论的。在论述如何检验轮子各局部是否做得匀称时，它说：“楺辐必齐，平沈（沉）必均。”“水之以眡（视）其平沈之均也。”这里水之，即浸入水中，假如“平沈”即浮沉一样，
7、则轮子各局部必定是匀称的，就符合制作轮子的要求了。这是浮力原理在制造轮子中的应用。在论述到轮子大小对拉力（牛或马）的影响时，它说：轮太矮，马就老在上坡一样。从现在力学学问看，当轮太低时，辕与地面成一角度，马除了要克制运动阻力外，要承受局部重力，因此马总象上坡一样费力。这是实践中对斜面受力的一种极好的分析。考工记还分析了与弹道有关的技术。它在矢人篇中说：“水之以辩其阴阳，以设其比，夹其比以设其羽，参分其羽，以设其刃，则虽有疾风，亦弗之能惮矣。”这就是说，为了要使箭在飞行中保持稳定，实行了把箭上的羽毛按肯定比例对称地安排，然后加上箭头，则在飞行中就不怕风的影响了。接着又说：“前弱则俛（俯），后弱则
8、翔（仰），中弱则纡（纡絗旋转之意），中强则扬。”“羽丰则迟，羽杀则。”这说明白箭杆假如前轻后重，或前重后轻，都会影响飞行的高度；中间轻重配置不当，会影响飞行的稳定性；羽毛太多，则飞行速度慢。而羽毛太少，则箭简单落向旁侧，射不到目的物。考工记最早作出了关于物体惯性的论述。在辀人篇中说：“劝登马力，马力既竭，辀尤能一取焉”。意思是说，马拉车的时候，马已停顿用力了，但车还能前进一段路程，这里指出了物体的一种根本属性惯性，这也是世界上对惯性现象的最早论述。2.热学方面考工记中论述的热学学问，是很有实际意义的。它说：“凡铸金之状，金（铜）与锡，黑浊之气竭，黄白次之，黄白之气竭，青白次之，青白之气竭，青气
9、次之。然后可铸也。”指出了冶炼金属时加热后先呈暗红色，温度渐高，依次是呈橙色、黄色、白色、最终是青色。这是由于金属里含有碳、钠一类的杂质，不同物质有不同的汽化点，所以可以依据汽化物质的颜色作为推断火候或温度凹凸的标准，最终到达“炉火纯青”，就可以浇铸了。这个从实践中总结出来的区分冶炼金属程度的实际学问，传至今日，仍为冶炼工人所利用。三、论衡论衡是东汉王充所着，内容非常丰富，其所述的物理学问，也较之墨经有非常明显的充实和进展。1.力学方面王充在对物体的运动进展了认真观看的根底上，在论衡中指出了人的视觉，在观看物体的运动快慢时会造成错觉的缘由和如何量度物体运动的快慢。他在论衡中说：“天行已疾，人去
10、高远，视之若迟。盖望远物者，动若不动，行若不行；何以验之？乘船江海之中，顺风而驱，近岸则行疾，远岸则行迟，船行一实也，或疾或迟，远近之视使之然也。”说明是由于观看者离运动物体远近不同，因而感到它的快慢也就不同了的道理。这也说明王充已知道了视角差对于观看物体运动快慢的影响。在关于运动的快慢上，又说“日昼行千里，夜行千里，麒麟昼日亦行千里，然则日行舒疾与麒麟之步相类似也。”意思是太阳和麒麟在日间运动的快慢相比是一样的，说明已有了现代物理学中“速率”概念之萌芽。关于力和运动的关系，说：“是故车行于陆，船行于沟，其满而重者行迟，空而轻者行疾，”“任重，其进取疾速，难矣。”又说“古之多力者，身能负荷千钧
11、。乎能决角伸钩，使之自举。不能离地。”明显已不仅知道在外力的作用下，若外力大小肯定，则物体越重，要它开头运动，或使之运动状态发生变化就越难。这明显是现在称之为牛顿其次运动定律的萌芽，而且还熟悉到内力不能转变物体运动状态这一事实。2.声学方面在论衡中有：“生人所以言语呼吁者，气括口喉之中，动摇其舌，张歙其口，故能成言。譬犹吹萧笙，萧笙折破，气越不括手无所弄，则不音。夫箫之管犹人之口吞也，手弄其孔犹人之动吞也。”又说：“令人操行变气远近，宜与鱼等，气应而变，宜与水均。”可见他已熟悉到人发声是使空气振动而产生的，并将声音在空气中的传播用可见的水波的传播来作了比方。这种比方，在今日的物理教学中，在讲光
12、的干预和衍射时，不是仍旧在运用吗？在这里，还应特殊予以留意的是王充实际上已指出了振动的传播要通过媒质。3.热学方面论衡中有“夫近水则寒，近火则温，远之渐微，何则？气之所加，远近有差也。”“云雾，雨之征也，夏则为露，冬则为霜，温则为雨，寒则为雪，雨露冰凝者，皆由地发，不从天降也。”这些论述可以说明，王充不仅用“气”来解释热现象，指出热传递与距离远近的关系，而且对自然界中雨、露、霜、雪的成因也进展了讨论，指出了它们都是地面上的水蒸发所致，所以实质上他已进入了物态与温度之间的关系的讨论。可见，王充对热现象的观看和分析是非常细致深入的，这种运用观看、分析的方法对现在的物理教学和科学讨论，都有指导意义。
13、4.电磁方面关于摩擦起电的现象，西周末年已有“玳瑁吸褡”的记载。（玳瑁是一种跟龟极相像的海生爬行动物，产于中国沿海地区，它的甲壳黄褐色，光滑、有黑斑，是一种绝缘体，故摩擦能生电）。在论衡中，对这现象作了进一步的解释：“顿牟拾芥，磁石引针，皆以其真，不假他类，他类肖似，不能掇取者，何也？气性异殊，不能相感动也。”这里顿牟即玳瑁，王充用气性一样，也就是性质一样来解释上述相互吸引的现象，和气性不同，即性质不同来解释别类物体不能“感动”的缘由。对于“雷电”现象：“夫雷之发动，一气一声也。”即不过是一种气和一种声而已。那么，为什么会有声呢？他以“人伤于寒，寒气入腹，腹中素温，温寒分争，激气雷鸣。”为喻，
14、认为是不同的气相互激发出来的。可见，王充熟悉到雷电也是物质的，也是自然界的一种变化现象。四、运用力学原理的制造创造浑天仪与地动仪漏水运转浑天仪和候风地动仪，是东汉张衡（公元78139年）依据物理的力学原理先后制成的。它们分别在天象和地震观看上发挥了作用。漏水运转浑天仪是一台自动测示天象的仪器，它以一空心铜球表示天球，天球画有星座和黄道、赤道，紧附在天球外的有地平环和子午环等，天球可以支架在子午环上绕天轴转动。另外把计量时间的漏壶与浑象联系起来，即利用漏壶的等时性，以漏壶漏出的水为原动力，再通过浑象内部装置的齿轮等使传动和掌握设备，以使浑象每日匀称地绕天轴旋一周从而到达自动地、近似正确地演示天象
15、的目的。候风地动仪以精钢制成，形似酒尊，里面匀称排列八根“都柱”上粗下细的立柱。由于都柱重心高，当地面一有震惊，就极简单向震惊方向倒下。尊外相应地设置八条口含小铜球的龙，每个龙头下面都有一只蟾蜍，仰头张口（见插页图5）。当某一都柱倒下时，就带动了连接的龙，使龙口张开，所含的铜球落下到其下面的蟾蜍口中。因此观看落下的铜球的方位，就可推断地震发生的方向。五、梦溪笔谈梦溪笔谈是北宋中期的政治家和科学家沈括（10311195）所着，这是中国科学一部重要的着作，英国科技史家李约瑟把它称为“中国科技的座标”。梦溪笔谈这一举世着名的科学巨着，内容涉及领域非常宽阔（梦溪笔谈书页见插页图6）。在物理学问方面，主要是生动地记述了磁学、光学和声学学问。1.磁学方面早在春秋战国时期，我国发觉磁石具有吸铁和指南的性质。到北宋的沈括，他对指南针的使用作了多种试验。例如，他作了把指南针设法放在水面上（水浮法），碗边上（碗唇法），手指甲上和把指南针悬挂起来等试验，并且进展比拟，指出了它们各自的特点，这可以说是世界上关于指南针的最早试验记录。同时其试验方法也非常奇妙。例如，他是如何把指南针悬挂起来进展试验的呢？“其法取新纡中独茧丝，以芥子许蜡缀于针腰，无风处悬之，则针
