中国古代的物理成就.ppt

* 中国古代的物理成就 我国古代的科学技术成就中，属于物理学或与物理学有关的，可以提出力学、光学和声学等三个方面作一简要介绍。 （１）力学方面 ①《考工记》一书中的有关记载。这是一本现存的有关我国古代手工业技术规范的书籍，可能是春秋时代（公元前７００至４００年）末年的作品。它记述了许多手工业的工艺制作与设施，汇集了至公元前３、４世纪时的工程技术知识。其中包含的力学知识，主要有：关于惯性的记载、滚动摩擦的论述、论箭的飞行与保持稳定，还记述了有关力的测量、斜面受力分析以及材料和施工中的一些软科学知识。 ②《墨经》中有关力学知识的记载。《墨经》战国时代以墨翟（公元前４９０至４０３年）为首的墨家的代表作，分为“经”与“经说”两大部分。 经说是经的注解。前者的内容大多是一些定义性质的条文，后者则带有定律的性质的解释。 《墨经》中的软科学知识已不全是实际生产知识的总结和记述，而是对力学现象进行了粗浅的概括，并进行了一些推理论证。诸如，关于时空观念、运动学知识、力的概念、力系平衡的论述，以及斜面、滑轮及其应用，等等。现举一条关于杠杆的理论探讨以兹说明： 经下第２５条：“天（衡）而必正，说在得。” 经说：“（衡），加重于一旁，必捶（垂），权重相若也。相衡，则本短标长，两相加焉，重相若，则标必下，标得权也。” 这一条说明了不等臂天平（秤）的平衡关系。可能是墨家探讨杠杆平衡关系的实验总结，说明墨家发现杠杆定律较之古希腊的阿基米德要早二百多年。但并没有阿基米德杠杆定理那样完整和定量化。 ③侯风地动仪。这是东汉张衡（公元７８至１３９年）所制的世界上第一台地震仪。《后汉书张衡列传》上有下面一段记载：“（顺帝）阳嘉元年（即公元１３２年），复造侯风地动仪。 以精铜铸成，圆径八尺，合盖隆起，形似洒尊，饰以篆文山龟乌兽之形。中有都柱，傍行八道，施关发机。外有八龙，首衔铜丸；下有蟾蜍，张口承之。其牙机巧制，皆隐在尊中，覆盖周密无际。如有地动，尊则震，龙机发，吐丸而蟾蜍衔之，振声激扬，伺者因此觉知。虽一龙发机，而七首不动。寻其方面，甩乃知震之所在。验之以事，合契若神。自书典所记，未之有也。当一龙机发而地不觉动，京师学者咸怪其无征。后数日驿至，果地震陇西。于是皆服其妙。自此以后，乃令史官记 地动所从方起”。 显然，这是一种测定震源方向的仪器。可惜，后来这架地动仪失传了。我国考古博物学家王振铎在总结国内外学者复制研究工作的基础上，根据书上的记载和力学原理满意地复制成功了侯风地动仪的复原模型，它主要是一个利用了重心很高的“都柱”的不稳平衡。从这个仪器的制造来看，张衡已利用了力学上的惯性原理，同时他对地震波传播和方向性也一定有所了解。这些在当时来说都是十分了不起的。 ④记里鼓和指南车。这是三国时魏人马钧根据以前的记载模仿制成的两种利用各种齿轮的复合运动传动的自动机构。记里鼓是利用原动齿轮带动大小不同的一套从轮，使车轮转动把车行的里数自动地表示出来的一种装置。指南车是利用一套能自动离合的齿轮系统的定向装置，使得立在车上的一个木制人像的手永远指着固定的方向。关于这两种装置的结构，在刘仙洲教授著的《中国机械工程发明史》第一编第五章中有较详细的介绍。 （２）光学方面 关于光学知识的记载以《墨经》经下中的八条（１６至高无２３）最为系统。其内容涉及影子生成的道理，本影和半影，由物体与光源的相对位置确定影子的大小，光的直线传播实验，光的反射性和平面镜成像，凹面镜成像，凸面镜成像等。它已触及了几何光学很大一部分，从时间上看要比古希腊欧几里德注《反射光学》早一百多年，所以，《墨经》中的光学条文，不仅是我国最早的光学著作，也是世界古代科技史上难得的各较全面的光学著作。 经下第１６条：“景不徙，说在改为。” 经说：“景：光至，景亡；若在，尽古息。”这一条是论述影的生成。各家的解释在这一点上没有分歧。然而细致地推敲起来，又各有不同的见解。主要是对于经说中的“若在”指的是“影在”，还是“物在”，有不同的理解。 经下第２２条：“鉴（洼），景一小而易，一大而正，说在中之外，内。” 经说：“鉴：分鉴；中之内，鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小，而必正，起于中缘正而长其直也。中之外，鉴者近中，则所鉴必大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小，而必易，合于中而长其直也。” 这一条讲的是凹面镜成像的规律。钱临照先生对此有很好的解释。他特别指出，当时不是用一个光源和纸屏进行观察，而是人脸本身为物，以眼为屏，所以在“一小而易”和“一大而正”之间不能发现“一大而易”的情况。他并从而推断，经文中所说的中，是指从镜面的曲率中心到其焦点之间的一段区域，而不是一个点。 （３）声学方面