文物中的物理

戴念祖
图片: 《清明上河图》(局部) 图片: 《春夜宴桃李园图》(局部) 图片: 《女史箴图》(局部) 图片: 《松溪钓艇图》(局部) 图片: 《纨扇仕女图》(局部) 图片: 应县木塔 图片: 曾侯乙编钟 图片: 曾侯乙编磬 图片: 天坛祈年殿藻井(仰视图) 图片: 天坛圜丘(上)、回音壁(下) 图片: 宣化辽代墓壁画《备茶图》(局部) 图片: 赤峰元代墓壁画《茶道图》 图片: 马王堆汉瑟 图片: 曾侯乙十弦琴 图片: 西汉长信宫灯 图片: 西汉铜雁鱼灯 第一章 力学知识 一、汉代画像石与简单机械 在我国科学史上,汉代是值得注意的一个发展高峰期。表征这个时代科学发展的,不仅有成熟的钢铁冶炼技术、耕犁的发明和应用等,还有大量的在砖或石板上雕刻的图画(即画像石和画像砖),其绘画内容包括了许多手工业和农业生产的场面。尤其是,当时许多先进的生产工具和生活用器都逼真地描画于这些石块或砖上。例如,山东滕州宏道院出土的画像石中,有描画锻铁作坊与利用橐鼓风的情景;山东嘉祥洪山出土了绘有制作车轮画面的画像石;山东滕州和陕西绥德出土了牛耕与耕犁画像石;四川成都郊区出土了盐井画像石;等等。它们是汉代科学技术的真切记录,更是汉代留传至今的科学艺术珍品。 在这些画像石中,有一些是近代物理学中被称为简单机械的图画。所谓简单机械,就是指它们能够改变力的大小,或改变作用力的方向。例如,杠杆、滑轮、轮轴、尖劈、斜面和螺旋,都属于简单机械。在19世纪,齿轮也被列为简单机械的一种。最简单的杠杆是一根用于撬动石块或抬重物的木棍;古代的汲水机械——桔槔,古代的衡器——天平或杆秤,都是杠杆原理的巧妙运用。滑轮,在中国古代被称为滑车,不带摇把的辘轳是滑轮的一种;带有摇把以便使之转动的辘轳,是轮轴的一种具体应用。尖劈,在日常生活中到处可见,从最简单的木楔,到各种质地的刀、斧、针,乃至在汉代…