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秦漢時期的物理學(xué)研究成果
來源:玉兔搗藥 瀏覽 1004 次 發(fā)布時間:2022-06-27
物理學(xué)
秦漢時期的物理知識有著豐富的內(nèi)容,在力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電和磁等方面,同先秦時期相比,都有不少新的成果。
力學(xué)知識
關(guān)于力的性質(zhì)和作用的認識繼春秋戰(zhàn)國時期墨家學(xué)派對力進行定義(“力,刑之所以奮”)之后,秦漢時期對力的認識又有發(fā)展。
在西漢劉安(前179—前122)組織編寫的《淮南子》、《淮南萬畢術(shù)》和東漢王充(27—約79)所著的《論衡》等著作中有許多精彩的論述。歸納起來約有以下幾點:
物體內(nèi)力不能使物體自身發(fā)生運動:“力重不能自稱,須人乃舉古之多力者,身能負荷千鈞,手能決角伸鉤,使之自舉,不能離地?!边@是關(guān)于物體的內(nèi)力不能使物體自身產(chǎn)生運動的最早表述。
外力的作用因物體重量的不同而不同:“湍瀨之流,沙石轉(zhuǎn)而大石不移。何者?大石重而沙石輕也金鐵在地,焱風(fēng)不能動;毛芥在其間,飛揚千里?!蔽矬w形狀影響了物體的運動:“圓物投之于地,東西南北,無之不可,策杖叩動,才微輒停;方物集地,一投而止,及其移徒,須人動舉。”移動物體所需之力比舉起物體所需之力少:“夫舉重鼎者,力少而不能勝也;及至其移徙之,不待其多力者?!本褪钦f,移動物體要比舉起該物用力少。這是從日常生活經(jīng)驗中就可得知的,但已隱含著對移動摩擦阻力問題的認識。此同先秦著作《考工記》中所提到的車輪著地須“微至”,以減少滾動摩擦阻力的認識相類似。
有鋒刃的器具也須外力作用才能產(chǎn)生運動:“鑿所以入木者,槌叩之也;鍤所以能撅地者,跖蹈之也。諸有鋒刃之器,所以能斷割削者,手能把持之也,力能推引之也?!比绻麤]有外力,利器也不能發(fā)揮作用:“干將之刃,人不推頓,苽瓠不能傷;苽瓠之箭,機不動發(fā),魯縞不能穿?!苯孛娣e對壓力有直接影響,截面積越大,壓力越?。骸搬樺F所穿,無不暢達;使針錐末方,穿物無一分之深矣。”關(guān)于“勢”的概念
在先秦著作《孫子?勢篇》中提出了“勢”的概念,此概念包含了物理學(xué)中的動能和勢能。如“激水之疾,至于漂石者,勢也”,指的是動能;“轉(zhuǎn)圓石于千仞之山者,勢也”,指的是勢能;“勢如彍弩,節(jié)如發(fā)機”,指的是彈性勢能。至秦漢時期對于“勢”的概念亦多有論述。如“夫舟浮于水,車轉(zhuǎn)于陸,此勢之自然也?!薄胺蚱叱咧畼?,而制船之左右者,以水為資。天子發(fā)號,令行禁止,以眾為勢也?!薄笆枪实脛葜?,所持甚小,其存甚大;所約甚守,所制甚廣。是故十圍之木,持千鈞之屋;五寸之鍵,制開闔之門。豈其材之巨小足哉,所居要也?!笔畤九c五寸之鍵,巨小懸殊,但因五寸之鍵居于要處,故其用甚大。對于弓矢之勢,視遠近而有別:“矢之于十步,貫兕甲;及其極,不能入魯縞?!弊⒃疲骸把詣萦袠O?!本褪钦f,矢至最大射程時,動能為零(勢有極),雖薄如魯縞,亦無力穿入。
對浮力的認識和利用對水浮力:遠古時代已有舟楫,因而對水浮力早有所認識。秦漢時期造船業(yè)具有一定規(guī)模,水浮力在實踐中得到廣泛的利用。如“抱壺而渡水”,“鴻毛之囊,可以渡江?!币簿褪钦f,空壺和裝滿鴻毛的皮囊,可以助人渡江。這可看成是后世救生圈、救生衣的濫觴。人們還從竹和金屬相比較角度對水浮力進行探討:“長竹之性浮,殘以為牒,束而投之水則沉,失其體也;金之性沉,托之于舟上則浮,勢有所支也?!?
秦漢時期對空氣浮力也有一定的認識。相傳帝舜曾借助于空氣浮力而免于死難。因舜父瞽叟偏愛后妻子,常欲殺舜。有一次,瞽叟讓舜上糧倉(廩)修頂,“瞽叟從下縱火焚廩。舜乃以兩笠自扦而下,去,得不死?!蓖趺r為抗擊匈奴,特招募“有奇技術(shù)可以攻匈奴者,或言能飛,一日千里,可窺匈奴。莽輒試之,取大鳥翮為兩翼,頭與身皆著毛,通引環(huán)紐,飛數(shù)百步墜?!边@是人類第一次仿生滑翔飛行的大膽嘗試。
對于表面張力的認識
秦漢時期,人們已注意觀察液體的表面,記載了一種屬于液體表面強力的現(xiàn)象。《淮南萬畢術(shù)》云:“首澤浮針。”高誘注:“取頭中垢以涂針,塞其孔,置水即浮。”因頭垢有油脂,涂在針表面,并塞其孔,鐘與水便不浸潤,當針足夠輕的時候,由于水的表面張力的作用,便能使針浮于水面。這是關(guān)于表面張力的最早記載。其后晉葛洪說:“頭垢猶足以使金鐵浮水,況妙于茲乎?”即是指表面張力現(xiàn)象。
對大氣壓力的利用
有關(guān)利用大氣壓力的具體例子突出表現(xiàn)在制造虹吸管上。東漢靈帝中平年間(公元184—189年),掖庭令畢嵐曾作“翻車”、“渴烏”,李賢云:“翻車,設(shè)機車以引水;渴烏,為曲筒,以氣引水上也?!笨蕿蹙褪抢么髿鈮毫Χ瞥傻暮缥?。此種虹吸管自漢代以后,歷代都有制造。
關(guān)于運動問題,漢代有一段非常精彩的論述:“地恒動不止,人不知,譬如人在大舟中,閉牖而坐,舟行,不覺也?!边@段話清楚地表明了地動思想和運動相對性思想,是十分可貴的??上У氖牵@兩種重要思想未受到后世應(yīng)有的重視。