受力、运动和不同接触地面的影响等因素出发,在讲到轮子的形状与运动快慢之间的关系时说:“凡察车之道……不微至,无以为速也”。“微至”是指轮和地面的接触面积少。就是说,车轮与地面接触少,就容易转得快。那么,怎样才能达到“微至”呢?它接着指出:“欲其微至也,无所取之,取之圜(圆)。”即要尽量把轮子做成理想圆。这是在实践中对滚动物体的滚动速度与滚动物体的接触面积大小有关的经验总结,是符合近代摩擦理论的。在论述如何检验轮子各部分是否做得均匀时,它说:“楺辐必齐,平沈(沉)必均。”“水之以眡(视)其平沈之均也。”这里水之,即浸入水中,如果“平沈”即浮沉相同,则轮子各部分必定是均匀的,就符合制作轮子的要求了。这是浮力原理在制造轮子中的应用。在论述到轮子大小对拉力(牛或马)的影响时,它说:轮太矮,马就老在上坡一样。从现在力学知识看,当轮太低时,辕与地面成一角度,马除了要克服运动阻力外,要承受部分重力,因此马总象上坡一样费劲。这是实践中对斜面受力的一种极好的分析。
《考工记》还分析了与弹道有关的技术。它在《矢人篇》中说:“水之以辩其阴阳,以设其比,夹其比以设其羽,参分其羽,以设其刃,则虽有疾风,亦弗之能惮矣。”这就是说,为了要使箭在飞行中保持稳定,采取了把箭上的羽毛按一定比例对称地安排,然后加上箭头,则在飞行中就不怕风的影响了。接着又说:“前弱则俛(俯),后弱则翔(仰),中弱则纡(纡絗旋转之意),中强则扬。”“羽丰则迟,羽杀则。”这说明了箭杆如果前轻后重,或前重后轻,都会影响飞行的高度;中间轻重配置不当,会影响飞行的稳定性;羽毛太多,则飞行速度慢。而羽毛太少,则箭容易落向旁侧,射不到目的物。
《考工记》最早作出了关于物体惯性的论述。在《辀人篇》中说:“劝登马力,马力既竭,辀尤能一取焉”。意思是说,马拉车的时候,马已停止用力了,但车还能前进一段路程,这里指出了物体的一种基本属性惯性,这也是世界上对惯性现象的最早论述。
2.热学方面
《考工记》中论述的热学知识,是很有实际意义的。它说:“凡铸金之状,金(铜)与锡,黑浊之气竭,黄白次之,黄白之气竭,青白次之,青白之气竭,青气次之。然后可铸也。”指出了冶炼金属时加热后先呈暗红色,温度渐高,依次是呈橙色、黄色、白色、最后是青色。这是因为金属里含有碳、钠一类的杂质,不同物质有不同的汽化点,所以可以根据汽化物质的颜色作为判断火候或温度高低的标准,最后达到“炉火纯青”,就可以浇铸了。这个从实践中总结出来的区别冶炼金属程度的实际知识,传至今日,仍为冶炼工人所利用。
三、《论衡》
《论衡》是东汉王充所著,内容十分丰富,其所述的物理知识,也较之《墨经》有十分明显的充实和发展。
1.力学方面
王充在对物体的运动进行了仔细观察的基础上,在《论衡》中指出了人的视觉,在观察物体的运动快慢时会造成错觉的原因和如何量度物体运动的快慢。他在《论衡》中说:“天行已疾,人去高远,视之若迟。盖望远物者,动若不动,行若不行;何以验之?乘船江海之中,顺风而驱,近岸则行疾,远岸则行迟,船行一实也,或疾或迟,远近之视使之然也。”说明是由于观察者离运动物体远近不同,因而感到它的快慢也就不同了的道理。这也说明王充已知道了视角差对于观察物体运动快慢的影响。在关于运动的快慢上,又说“日昼行千里,夜行千里,麒麟昼日亦行千里,然则日行舒疾与麒麟之步相类似也。”意思是太阳和麒麟在日间运动的快慢相比是一样的,说明已有了现代物理学中“速率”概念之萌芽。
关于力和运动的关系,说:“是故车行于陆,船行于沟,其满而重者行迟,空而轻者行疾,”“任重,其进取疾速,难矣。”又说“古之多力者,身能负荷千钧。乎能决角伸钩,使之自举。不能离地。”显然已不仅知道在外力的作用下,若外力大小一定,则物体越重,要它开始运动,或使之运动状态发生变化就越难。这显然是现在称之为牛顿第二运动定律的萌芽,而且还认识到内力不能改变物体运动状态这一事实。
2.声学方面
在《论衡》中有:“生人所以言语呼吁者,气括口喉之中,动摇其舌,张歙其口,故能成言。譬犹吹萧笙,萧笙折破,气越不括’手无所弄,则不音。夫箫之管犹人之口吞也,手弄其孔犹人之动吞也。”又说:“令人操行变气远近,宜与鱼等,气应而变,宜与水均。”可见他已认识到人发声是使空气振动而产生的,并将声音在空气中的传播用可见的水波的传播来作了比喻。这种比喻,在今天的物理教学中,在讲光的干涉和衍射时,不是仍然
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