中国古代物理学-尖劈与斜面

　　尖劈能以小力发大力。早在原始社会时期，人们所打磨的各种石器，如石斧、石刀、骨针、镞〔zu族〕等等，都不自觉地利用了尖劈的原理。墨家在讨论滑轮的功用、说到它省力时，就将它比喻为“锥刺”。汉代王充说：“针锥所穿，无不畅达；使针锥末方，穿物无一分之深矣。”(《论衡·状留篇》)可见墨家和王充等人清楚地知道尖劈原理的经验法则。

　　中国汉代发明的耕犁是对于人类的文明进步最有价值的尖劈原理的应用之一。犁的早期形式是耒耜〔leisi 磊四〕，耜指翻土的铲，相当一种尖劈。犁铧与犁鐴〔bi辟〕是翻土的主要部件。铧，以铸铁为之，多系等边三角形，两边削薄成刃，其前端交为犁锋，即尖劈。它的功用在平切土地。鐴，也以铸铁为之，形状不一，大体为一抛物形斜面，其功用在于将铧所掀起的泥土翻向某一侧面。今天，虽然犁的外形、大小、质地、发动力都有很大改进，而犁铧与犁鐴的形状及机制并没有变。

　　在日常生活中常应用的尖劈之一是楔子，木楔或金属楔。人们常用它加固各种器具。唐代李肇讲过这样的故事：

　　在苏州建造重元寺时，因工匠疏忽，一柱未垫而使寺阁略有倾斜。若请木工再把寺阁扶正，费工费事又费钱。寺主为此甚为烦恼。一日，一外地僧人对寺主说：不需费大劳力，请一木匠为我作几十个木楔，可以使寺阁正直。寺主听其言，一面请木工砍木楔，一面摆酒盛宴外地僧人。饭毕，僧人怀揣楔子，手持斧头，攀梯上阁顶。只见他东一楔西一楔，几根柱子楔完之后，即告别而去。十几天后，寺阁果然正直了。(《唐国史补》卷中)

　　小小几个尖劈，其作用却如此巨大！

　　斜面的力学原理与尖劈相同。人们在推车行平地和上坡时发现用力不同。成书于春秋战国之际的《考工记·辀〔zhou周〕人》写道：“登阤〔zhi至〕者，倍任者也。”这就是说，推车上坡，要加倍费力气。当用双手举重物到一定高度与用斜面将同样的重物升到同一高度时，自然后者容易得多。《荀子·宥〔you右〕坐》写道：

　　三尺之岸而虚车不能登也，百仞之山任负车登焉。何则？ 陵迟故也。

　　意思是说，人们不能将空车举上三尺高的垂直堤岸，却能将满载之车推上百仞高山。这是为什么？因为高山的路面坡度斜缓(“陵迟”)。这正是斜面物理功用的最好总结。

　　图2-7 墨家的斜面引重车

　　以墨翟为首的墨家学派，为了验证斜面的作用，制造了一种斜面引重车(图2-7)。该车前轮矮小，后轮高大。前后轮之间装上木板，就成为斜面。在后轮轴上系紧一绳索，通过斜板高端的滑轮将绳的另一端系在斜面重物上。这样，只要轻推车子前进，就可以将重物推到一定高度。(《墨经·经下》)这个斜面引重车，或许是当年墨家刻苦钻研的科学成就，而今天则是搬运工人的普通常识。