正文 先秦物理成就--公元前21世紀-前221年(2 / 2)

關於杠杆定理,《墨子》當中作出了精辟的表述。它把杠杆支點的一邊叫做“本”,另一邊叫做“標”,它不僅考慮到力的大小,而且還考慮到距離。書中指出,稱重物時,秤杆之所以會平衡,原因是“本”短而“標”長。用現代的科學語言來說,“本”即為重臂,“標”即為力臂。稍微有點物理常識的人可能都知道,這其實就是物理學中最基本的“力矩原理”。根據這一原理,力乘以作用點到支點的垂直距離為力矩,力矩相等時,力的係統處於平衡狀態。一個力較小但到支點的距離較長,那麼這個力就可以負擔起雖然比較重,但到支點距離較短的物體。

杠杆正是力矩原理的實際運用,杠杆的使用,可以很好地省力。墨子很早就明白了這樣一個道理,因此,他教人在一端係上石頭等重物,另一端係上空桶,隻要用很小的力就能打起一桶水來。現在,人們一般都習慣於把“杠杆定理”稱為“阿基米德定理”,其實,墨子得出杠杆定理的年代比阿基米德足足早了200年。

力矩原理的具體運用,除了以上提到的杠杆外,在古代勞動人民的生活中,出現最多的便是秤了。古時候的秤叫做“衡”。到公元前3世紀末,秦始皇統一中國後,將各地的度量衡全都統一起來,更說明秤的使用已經相當普遍了。古書《荀子》中,這樣說:“衡誠懸矣,則不可欺以輕重。”這就告訴我們,衡首先要平衡,而且是懸起來的。有了它就不能以輕重來騙人了。原來這小小的秤杆上,竟如此不可思議地蘊含了深奧的科學原理。

不僅僅是杠杆和秤,其他如滑車、輪軸、轆轤等,都是利用了力矩的原理。直到現在,工程機械不管有多先進、多複雜,都在應用這個原理。除了省力,利用力矩原理的第二個目的是為了改變力的方向。如果你用繩子和桶直接從井裏提水,你必須不斷地向上用力,如果你用了一隻定滑輪或轆轤,你就不必再一直向上用力,你可以向下或向前用力就行了,這對改善操作條件是很有用處的。

除了《墨子》當中的科學元素,其他一些物理學成就也在民間顯山露水。諸如不流動的空氣運用於生產和生活,在古代也是很早就出現了。古書《關尹子》中說:“瓶存二竅,以水實之,倒瀉;閉一則水不下,蓋(氣)不升則不降。”就是說瓶子閉住一個小孔水就流不出來,而兩個小孔同開,空氣能進去,水就流出來了,這屬於空氣動力學方麵的運用。

在近代科學興起以前,相比同一時期的歐洲,我國在科技並不十分發達的先秦時期就能取得如此成就,無不讓我們引以為傲。江山代有才人出,科技領域也如是,日後,中國科技的發展更為輝煌和絢爛,但是,每一項都凝聚和傳承了前人的智慧與才能。

科海拾貝

在《墨經》中,墨子還對聲音的傳播進行過研究,發現井和罌有放大聲音的作用。他曾教導學生說,在守城時,為預防敵人挖地道攻城,每隔三十尺挖一井,置大罌於井中,罌口繃上薄牛皮,讓聽力好的人伏在罌上進行偵聽,以監知敵方是否在挖地道,地道挖於何方,而作好禦敵的準備。這個防敵方法蘊含了聲音共振的科學機理。