中国古代科技史3.ppt

* * 第三章 物理学 3.1 中国古代的力学知识 1）杠杆原理： 秤是杠杆原理的典型应用。长沙战国时期的古墓中出土一种 等臂秤，不等臂秤可能早在春秋时期就已经使用了。 《墨经》一书记述了秤的杠杆原理。“衡，加重于一旁，必垂； 权重不相若也相衡，则本短标长；两加焉，重相若，则标必下。“ 支点到重物的距离称为本，支点到权一端的距离称为标。 桔槔：取水工具，春秋战国已普遍使用 辘轳：起源于商末。 2）重心与平衡 古代，人们已认识到保持平衡与重心相关。 西周时工匠制造了一种欹（倾斜）器，“虚则欹，中则正， 满则覆“，因为他的重心会随水的多少而发生变化。 据说孔子带弟子参观之后说：吁！恶有满而不覆者哉！ 3）力的概念 墨子：力，形之所以奋也。用现代的话说，就是：力是改变 事物运动状态的原因。 力学中有一条法则：系统的内力对系统的作用为零 《韩非子》说明了这一现象：“有乌获之劲，而不得人助， 不能自举。“，乌获：秦国大力士 4）运动相对性 《尚书纬》：地恒动不止，二人不知，譬如人在大舟中， 闭牖而坐，舟行二人不觉也。“这就是伽利略相对性原理。 之前1500年就由中国人提出。 5）浮力 曹冲称象 怀丙打捞铁牛：水浅时把两只大船装满土石，中间架横梁巨木， 巨木系铁牛，待水涨时卸掉船中土石，将铁牛拉出水面。 3.2中国古代声学知识 1）振动和波 波是由振动而产生的，公元1世纪，东汉王充发现了声音在空气 中的传播形式和水波是一样的。“今人操行变气源近，宜与鱼等 气应而变，宜与水均“ 当两个物体振动频率相同时，会发生共振。《吕氏春秋》：声 比则应。 古人不仅发现了共振现象，而且知道消除共振的方法。 唐朝时，洛阳某寺一僧人房中挂一乐器——磬，经常自鸣， 僧人因此惊恐成疾。他的一个朋友看了之后，拿出铁锉，在磬 上磨了几下，磬便不再自鸣了。问其原因，朋友说：此磬与 寺中钟声律和，故击彼应此。 2）弦和管的振动 确定弦长与音调的关系，在春秋战国之际就已明确。 明代王子朱载堉提出的“十二平均律”到现在还被普遍采用。 春秋战国的编钟，世界奇迹。 编钟截面是椭圆形的，与西方的圆钟不同，它的发声短，易 衰减，可作为乐器使用。而圆钟声音悠扬长久，连续敲打会 相互干扰。 编钟还有一个特点：一钟双音。在正中敲发出一个乐音，在 旁边敲又发出一个乐音。 5)喷水鱼洗 震盆有双耳，大小如脸盆，盆底绘有四条鱼， 鱼与鱼间刻有四条清晰的《易经》河图抛物线。 只要在盆内加一半水，然后用手轻摩双耳， 盆中刹那间就会波浪翻滚，汹涌澎湃，然后涌出 四股二尺许高的喷泉 唐宋期间发明。 另外，北京天坛的回音壁，也是对声学知识的精彩应用 3.3中国古代的磁学知识 1）指南针 四大发明之一，在战国时期已经出现了，最初叫“司南”,但由于 其极性不容易找准，未能得到广泛的应用，后来出现指南鱼， 用于军事。宋代则发展成为指南针。《梦溪笔谈》载：“方家以 磁石磨针锋，则能指南”，说明了指南针的做法：用磁石磁化钢 针。指南针与方位盘相结合形成罗盘，这是指南针发展史上的 一大进步。 指南针大约在公元12世纪末传入欧洲。 3.4 中国古代的光学成就 1）光的直线传播 墨子小孔成像：2500年前，墨子和他的学生做了世界上第一个 光学实验：小孔成像。在一间黑暗小屋朝阳的墙上开一个小孔， 人对着小孔站在屋外，墙上就出现一个倒影。墨子解释说：这 是因为光穿过小孔如射箭一样，是直线行进的。墨子还利用光 的这一特性解释了物与影的关系，解开了影子自身并不参加运 动的秘密：影子的运动只不过是影子不断更新的结果。 2）镜面成像原理 早在3000年前，我国就制造了铜镜，对光的反射有了深刻 的认识。 公元前4世纪以前，就已认识到月亮本身并不发光， 它的光是太阳光的反射光。沈括还做了一个实验：用一个 弹丸（代表月亮），半面涂粉（代表受光面），这样，“侧视 之则粉处如钩，对视之则正圆”，解释了月亮的阴晴圆缺。 公元前2世纪，我国制成了世界上最早的潜望镜。汉初《淮南 万毕术》记载“取大镜高悬，置水盆于下，则见四邻矣。” *