中国古代物理学成就

我国古代的物理学成就有哪些~

中国是世界文明发达最早的国家之一，物理学在中国有悠久的历史。
一 中国古代物理学史概述
二 力学
1 杠杆原理
2 滑轮与辘轳
3 尖劈与斜面
4 重心与平衡
5 力
6 刻舟求剑
7 浮力与比重
8 陀螺与平衡环
9 弹性变形与弹性定律
10 横梁的学问
11 大气压
12 空气动力学及飞行幻想
三 声学
四 光学
五 电与磁
六 热
先秦时期的伟大哲学家墨翟(约公元前468-前376)及其墨家学派 (公元前4世纪-公元前3世纪)在他们的论着《墨经》中记述了大量的物理知识，这是春秋战国时期物理学成就最大的学派，《墨经》的主要成就在力学与光学方面。它探讨了力的定义，叙述了惯性运动，研究了杠杆、滑轮、轮轴、斜面等装置省力的原因，以及浮力与平衡原理，指出了光的直线传播及反射规律以及小孔、平面镜、凹凸面镜的成像情况；观察了温度与火色的关系。同时期的《考工记》是应用力学、声学方面的书，记载了滚动摩擦、斜面运动、惯性现象、抛物轨道、水的浮力、材料强度以及钟、鼓、磬的发音、频率、音色、响度及乐器形状的关系。这时期的《管子·地数篇》、《鬼谷子》、《吕氏春秋》等书中还记载了天然磁石的吸铁现象以及最早的指南针“司南”。
汉代王充(27～约97)的《论衡》是中国中古时期的百科全书。在力学方面指出外力能改变物体的运动状态，改变运动速度。而内力不能改变物体的运动，还讨论了相对运动，在声学方面研究了声的发生、传播与衰减，并用水波做比喻。在热学方面研究了热的平衡、传导及物态变化。在光学方面阐述了光的强度、光的直线传播及球面聚焦现象。在电磁学方面记录了摩擦起电及磁指南器。
在唐代，《玄真子》中记叙了人造虹的简单实验：“背日喷水”。唐人将风力分为八个等级。了解到共鸣的道理并应用于音乐中，并指出了雷与电的关系。
宋代沈括(1031-1095)的《梦溪笔谈》具有很高的科学价值，被称为 “中国科学史上的坐标”，其主要成就是在声学、光学、磁学方面。他研究了声音的共振现象、针孔成像与凹凸镜成像规律，形象地说明了焦点、焦距、正倒像等问题；研究了人工磁化方法，指出了把磁场的磁偏角，讨论了指南针的装置方法，为航海用指南针的制造奠定了基础。他还研究了大气中的光、电现象。
元代的赵友钦(1279-1368)在《革象新书》中研究了光的直进、针孔成像，利用模拟实验研究月亮盈亏以及日、月蚀。他擅长用比喻解释自然现象，使之生动、形象，易于被人们理解。
在明、清时代，朱载堉(1536-1610)在《乐律全书》中用精密方法首次阐明了音乐中的十二平均律。方以智(1611-1671)兼取古今中外知识精华，在《物理小识》中涉及力、光、磁、热学，研究了比重、浓度、表面张力及杠杆原理，螺旋原理，研究了光的反射、折射、光学仪器，进行了分光实验解释虹，还研究了磁偏角随地域的变化以及金属导热问题。《物理小识》是300年前的一部科学著作。

我国是对磁现象认识最早的国家之一，公元前4世纪左右成书的《管子》中就有“上有慈石者，其下有铜金”的记载，这是关于磁的最早记载。类似的记载，在其后的《吕氏春秋》中也可以找到：“慈石召铁，或引之也”。东汉高诱在《吕氏春秋注》中谈到：“石，铁之母也。以有慈石，故能引其子。石之不慈者，亦不能引也”。在东汉以前的古籍中，一直将磁写作慈。相映成趣的是磁石在许多国家的语言中都含有慈爱之意。

中国古代的物理学成就——易经
生物是完全不同于非生物的特殊实物，非生物形成了自然现象，而生物是形成生命现象（社会、意识、思想、特异功能、心灵感应、智力、生命力、灵魂、生物能等现象）的主体。二者有完全不同的性能和现象，因此一定有不同的组成和结构。我们已经知道，分子构成细胞，细胞构成生物。在分子之间和细胞之间还有气物质，就是虚物炁体，这些就是经络穴位物质。具体地说，生物是由固态的骨肉发甲、液态的体液（津血）、气态的呼吸消化道、炁态的经络穴位共四个系统组成的统一的有机整体。固液气三态构成生物的肉身系统，炁态经络构成生物的意识系统。四态齐全才能构成活生生的生物，缺一不可，而且炁态才是决定生命活动的关键系统，没有了炁态系

时空观的先进性 在欧洲，人们对时间和空间的认识是割裂的，孤立的，直到20世纪初，相对论才把空间和时间科学地统一起来。但在中国古代，远在先秦时期，不少哲人就把空间和时间联系起来考虑。战国时期成书的《管子·宙合》篇，把时间称为“宙”，空间称为“合”，其中说，“天地，万物之橐，宙合又橐天地”，意思是说，万物都包涵在天地之内，而天地又包涵在时空的“宙合”之中。墨家对时空的认识又有了新发展，他们把空间称为“宇”，包括东南西北、四面八方的各种不同场所和方位，把时间称为久，“宇久”就是现代的宇宙。


物质无限可分论的最旱提出者 战国的惠施已经认识到“至小无内，谓之小一”，意思是说物的构成单位没有内部的极限，是无限小的。与惠施同时代的辩者还用具体比喻来说明物质的无限可分性，即“一日之捶，日取其半，万世不竭”。这种物质不可穷尽的观点，比古希腊的原子论更深刻地反映了自然界的辩证本性。


对雪花晶体的认 识古代欧洲对雪花晶体的认识始于13世纪，阿尔伯特斯于1260年提到“雪花是星状的。”但对雪花晶体六角对称性的认识，西方直到开普勒才实现。1611年，开普勒在《把六角形的雪花作为新年礼物》的论文中肯定了雪花的六角晶体结构。中国古人对雪花晶体六角对称性的认识始于西汉的韩婴，公元前135年，他在《韩诗外传》中说：“凡草木花多五出，雪花独六出”。这比欧洲要早十几个世纪。


利用振动原理制成的喷水鱼洗 喷水鱼洗，一个类似铜盘的器物，其外缘上有一对称竖起的双耳。当盆内盛水时，如来回摩擦铜盆的双耳，会产生嗡嗡的响声，同时有水柱从水面升起。早在中国五代时期，晋国被辽国战败，晋皇帝投降时（946年）曾向辽太宗贡献了一个能喷水的双鱼瓷盆，这是我国古籍记载中最早的喷水鱼洗。铜质喷水鱼洗的出现则在北宋后期，在宣和年间（1119—1125）还出现了能喷水的玛瑙质鱼洗。

鱼洗喷水的原理是振动，一种规则的类似圆柱形板的板振动。振动从双耳传到侧壁，产生垂直于水面的横向振动，使水面溅起水花。

西方对板振动的研究始于18世纪下半叶德国的克拉尼。为使板振动变为可见，他在金属板上撒上一层薄砂，然后敲击金属板使它振动，板上的细砂就移到那些不振动的波节线上。他由此画下的各种振动图形就是克拉尼砂图。中国的喷水鱼洗比克拉尼振动板早7个世纪。


对共振现象的认识与实验 我国古代很早就对共振现象有记述，公元前3世纪—4世纪的《庄子》一书就记载了调瑟时发生的共振现象。这种基音与泛音共振现象的发现比西方早得多，欧洲直到15世纪才由达·芬奇首次进行共振实验。《墨子·备穴篇》还记述了共振现象的具体应用：在城墙根下每隔几米，挖一个坑，坑内埋置容量为70升—80升的陶瓮，瓮口蒙上皮革。若有敌人挖地道攻城，可以根据各陶瓮声响情况，确定敌人挖掘的位置和方向。

中国古代不仅很早就懂得共鸣现象，还掌握了消除共鸣的方法。唐代著作《刘宾客嘉话录》记载了这方面的一个故事：洛阳某和尚的房里挂有一个磬，经常自鸣发声，和尚因此惊忧成疾。一天朋友曹绍夔来访，发现磬的自鸣是由寺院的钟声引起的，就用锉把磬锉磨了几下，果然，钟再响时磬不再自鸣了。


世界上最早的游标卡尺 公元初年，王莽变法改制，制作了一种铜卡尺。它长14．22厘米，分固定尺和活动尺两部分。尺的正面刻有寸、分等刻度。从原理、性能、用途看，这个游标卡尺同现代的游标卡尺十分相似，但它比西方科学家制成的游标卡尺早1700多年。


常平架装置 公元4世纪前成书的《西京杂记》记载了长安工匠丁缓发明的被中香炉。当将香炉中的檀香木块点燃后，可以把香炉随便放进被子里，不仅不会烧坏被子，连香炉灰也不会撒出来。奥妙在于炉内有一种叫“常平架”的装置，它由内外两个金属环组成，两环用转轴联结，外环又通过另一转轴与外架联结。这种常平架装置在近代航海磁罗经、电罗经上有广泛应用。欧洲直到16世纪才出现常平架装置，比中国晚了1600多年。

物理相关的中国的世界第一还有许多，如磁偏角和磁倾角的发现、对太阳能的利用、潜望镜、透光铜镜、光的直线传播、小孔成像、十二平均律等方面的发明和发现，都是在世界上最早的

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。答案补充 （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。

公元前650一前550年，古希腊人发现摩擦琥珀可使之吸引轻物体；发现磁石吸铁。
　　公元前480一前380年间战国时期，《墨经》中记有通过对平面镜、凹面镜和凸面镜的实验研究，发现物像位置和大小与镜面曲率之间的经验关系(中国 墨子和墨子学派)。
　　公元前480一前380年间战国时期，《墨经》中记载了杠杆平衡的现象(中国 墨子学派)。
　　公元前480一前380年间战国时期，研究筑城防御之术，发明云梯(中国 墨子学派)。
　　公元前４世纪，柏拉图学派已认识到光的直线传播和光反射时入射角等于反射角。
　　公元前350年左右，认识到声音由空气运动产生，并发现管长一倍，振动周期长一倍的规律(古希腊 亚里士多德)。
　　公元前３世纪，实验发现斜面、杠杆、滑轮的规律以及浮力原理，奠定了静力学的基础(古希腊 阿基米德)。
　　公元前３世纪，发明举水的螺旋，至今仍见用于埃及(古希腊 阿基米德)。　　公元前250年左右，战国末年的《韩非子·有度篇》中，有"先王立司南以端朝夕"的记载，"司南"大约是古人用来识别南北的器械(或为指南车，或为磁石指南勺)。《论衡》叙述司南形同水勺，磁勺柄自动指南，它是后来指南针发明的先驱。
　　公元前221年，秦始皇统一中国度、量、衡，其进位体制沿用到二十世纪。　　公元前２世纪，中国西汉记载用漏壶(刻漏)计时，水钟使用更早。
　　公元前２世纪，发明水钟、水风琴、压缩空气抛弹机(用于战争)(埃及 悌西比阿斯)。
　　公元前１世纪，最先记载过磁铁石的排斥作用和铁屑实验(罗马 卢克莱修)。
　　公元前31年，中国西汉时创用平向水轮，通过滑轮和皮带推动风箱，用于炼铁炉的鼓风。

墨子的墨经中有光学八法

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