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中华文化笔记16,墨家科学思想之五,墨家力学成就

中华文化笔记16,墨家科学思想之五,墨家力学成就

原创2018-01-26 12:38·随口一说

(接上篇)

二、墨家对科学规律的认识

古典物理学有五大领域,力热光电声,墨子关于物理学的研究涉及到力学、光学、声学等分支,给出了不少物理学概念的定义,并有不少重大的发现,总结出了一些重要的物理学定理。

1 力学与机械设计

在力学方面,由于认识到时空结构、运动与时空的关系以及运动的原因,加上他对前人技术的理解和总结,墨子在能够提高生产力的机械方面花了很大功夫。众所周知,墨子是位机械大师,因而在他的著作中,包含大量力学与机械设计原理。他第一个提出机械设计三个标准,以规范机械师的设计标准。这三个标准在《墨子》中称“三表”:一要根据历史的经验,二要考察人们的反应,三要考察实际效果是否有利于国家人民。

墨子精通手工技艺,可与当时的巧匠公输班相比。在墨子的著作中,对杠杆、斜面、滑车等于民有利的机械原理大书特书。比如他完整无误地阐述了杠杆原理,短臂叫本,长臂叫标,指出杠杆省力的原因乃“本短标长”。墨子指出:“衡。加重于其一旁,必缶”。“奥而必击,说在得”。衡是指中国称。这段经和经说描述了称东西时的平衡状态和不平衡状态。造成这两种状态的表象原因,是两边的重量或相等或不相等。墨子进一步从杠杆原理的角度,说明了称衡现象的原因。“权重相若也,相衡,则本短标长。两加焉,重相若,则标必下,标得权也”。称和桔槔一样,都有一个支撑点,称两端离支撑点的距离长短不一,短的一边是本,长的一边叫标。权是称陀,权在标这部分移动,本端系重物,如果以系绳处为支撑点,两边平衡的话,是因为本短标长。这是一个力矩平衡问题,而不是等臂的天平重量平衡。用现代的科学语言来说,“本”即为阻力臂,“标”即为动力臂,写成力学公式就是动力×动力臂(“标”)=阻力×阻力臂(“本”)。此外他提倡用滑轮(挈)与斜面(滑车)来帮助提升重物。他设计的滑轮系统与英国的“阿特伍德机”极其相似。

以“墨守”闻名的墨子,在军事器械的设计上自然不遗余力。墨子擅长防守城池,在止楚攻宋时与公输般进行的攻防演练中,已充分地体现了他在这方面的才能和造诣。他曾花费了3年的时间,精心研制出一种能够飞行的木鸟(风筝、纸鸢),成为我国古代风筝的创始人。他又是一个制造车辆的能手,可以在不到一日的时间内造出载重30石的车子。他所造的车子运行迅速又省力,且经久耐用,为当时的人们所赞赏。通过他的著作,我们不难窥见先秦战场上华丽的机械化作战场面:

“赣车”乃攻城战车,覆盖有生牛皮,里面可以装载十人,推动它直抵城墙,可以挖掘破坏墙体,堪称古代坦克。

“连弩车”,结构极其复杂,一发数十箭,反力甚大。故制造连弩车的木材两端须一尺见方,长度视城墙厚度而定,需十人操作。

“籍车”,全车由纯铁打造,一部分埋在地下,由多人操纵,能够投掷炭火、石块等。籍车就是古代的大炮——投石机(见题图)。

此外,在《墨子》中还记载了“云梯”、“悬门”、“橐”、“轩车”和“轺车”等攻守器备。

云梯

轩车

轺车

值得指出的是,墨子几乎谙熟了当时各种兵器、机械和工程建筑的制造技术,并有不少创造。在《墨子》一书中的“备城门”、“备水”、“备穴”、“备蛾“、“迎敌祠”、“杂守”等篇中,他详细地介绍和阐述了城门的悬门结构,城门和城内外各种防御设施的构造,弩、桔槔和各种攻守器械的制造工艺,以及水道和地道的构筑技术。他所论及的这些器械和设施,对后世的军事活动有着很大的影响。后世西魏大将韦孝宽守玉壁城,便是将墨子守城的技艺发挥到极致,破解了东魏大军各种攻城方法,最终令高欢郁郁而终。

(未完)

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