古代力学发展规律与启示(共9页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上古代力学发展规律与启示摘要：力学是自然科学的重要基础学科之一，力学的发展成就，某种意义上决定了一个国家的科技水平。自人类诞生以来，人们就不断有意识或者无意识地在认识、研究、运用、发展力学，取得了非凡的成果。该文就中国古代的各个历史时期具有代表性的力学发现与应用作了探究，剖析其中的原理，研究古人的自然科学思维，展现了中国古代力学波澜壮阔的发展历程,并且由此总结出中国古代力学显著的特点与规律。以时间轴作为探究的线索，在看到中国古人取得力学巨大成就与遥遥领先世界的辉煌背后，也阐述了它由盛转衰的历史悲剧，其造成了近代我国科学技术的严重落后，致使民族沦丧，给近代中国带来了深重的

2、苦难。该文兼具人文分析的逻辑性，也具有对现代经典力学运用的科学指导性。关键词：力学 规律 启示 古代 中国在古代力学发展中，我们的祖先利用相关力学知识与经验创造了不少经典之作。战国时期，在力学的应用方面可以和古希腊相媲美，宋代时期，取得了中世纪欧洲望尘莫及的成就。灿烂的五千年文明史中，我们的祖先利用力学原理来解决生活、生产、军事当中的问题。本文从杠杆、作功、惯性、特殊结构、张力等相关力学原理对古代一些器物进行力学分析，从而见证古代力学的精髓。一 杠杆原理的运用1：石器时代人们用一根棍棒和野兽搏斗，或用它撬动一块巨石，所用的石刃、石斧，都用天然绳索把它们和木柄捆束在一起，或者在石器上凿孔，装上木

3、柄。通过改变支点的位置，可以达到省力和增力的目的，这是我们祖先在生产生活中经验积累得到的自然规律。到了战国时期，随着人们对杠杆原理知识的进一步掌握与定量总结，杆秤也就应运而生了，在一根杠杆上安装吊绳作为支点，一端挂上重物，另一端挂上砝码或秤锤，就可以称量物体的重量，表明中国人在实践中完全掌握了阿基米德杠杆原理。墨经一书最早记述了秤的杠杆原理。墨经是战国时期以鲁国人墨翟为首的墨家著作。墨翟和他的弟子们以刻苦耐劳、参加生产、勇敢善战著称。因此，他们的著作中留下了许多自然科学知识。墨经将秤的支点到重物一端的距离称为“本”(今称为重臂)，将支点到权一端的距离称为“标”(今称为力臂)。书中写道：(1)当

4、重物与权相等而衡器平衡时，如果加重物在衡器的一端，重物端必定下垂；(2)如果因为加上重物而衡器平衡，那是本短标长的缘故；(3)如果在本短标长的衡器两端加上重量相等的物体，那么标端必下垂。墨家在这里将杠杆平衡的各种情形都讨论了。他们既考虑了“本”与“标”相等的平衡，也考虑了“本”与“标”不相等的平衡；既注意到杠杆两端的力，也注意到力与作用点之间的距离大小。虽然他们没有给我们留下定量的数字关系，但足以将杠杆的平衡条件叙述得十分全面了。这些文字记述肯定是墨家亲身实验的结果，它比阿基米德发现杠杆原理要早约200年。墨经讨论杠杆原理棍棒撬石头迄今为止，考古发掘的最早的秤是在长沙附近左家公山上楚墓中的天平

5、。它是公元前第四到第三世纪的物品，是个等臂秤。不等臂秤可能产生于春秋时期。古代中国人还发明了有二个支点的秤，俗称铢秤。使用这种秤，变动支点而不需要换秤杆就可以秤量较重的物体。这是中国人在衡器上的重大发明之一，也表明中国人在实践中完全掌握了阿基米德(公元前287前212年)杠杆原理。 古代几种秤示意图1.楚墓中的天平与砝码 2.不等臂秤3.铢秤二 做功的应用：滑轮古代人称滑轮为“滑车”。应用一个定滑轮，可改变力的方向；应用一组适当配合的滑轮，可以省力。滑轮的另一种形式是辘轳。把一根短圆木固定于井旁木架上，圆木上缠绕绳索，索的一端固定在圆木上，另一端悬吊水桶，转动圆木就可提水。只要绳子缠绕得当，绳

6、索两端都可悬吊木桶，一桶提水上升，另一桶往下降落，这就可以使辘轳总是在作功。辘轳三 惯性原理的应用：张恒地动仪原理3据学者们考证，张衡在当时已经利用了力学上的惯性原理，“都柱”实际上起到的正是惯性摆的作用。都柱就是倒立于仪体中央的一根铜柱，八道围绕都柱架设。都柱竖直站立，重心高，一有地动，就失去平衡，倒入八道中的一道。八道中装有杠杆，叫做牙机。杠杆穿过仪体，连接龙头上颌。都柱倾入道中以后，推动杠杆，使龙头上颌抬起，将铜丸吐出，起到报警作用。地动仪（红棒为都柱）四 特殊结构应用：建筑 几千年来，中国建筑物大都采用木结构形式，整个屋顶的重量由一系列木柱和横梁承载，并由一系列斗拱维持力的平衡，而墙不

7、起承重作用。这种木结构各个接头的内摩擦具有阻尼作用，斗拱和横撑能制止水平运动，因此建筑物能抵御地震一类的灾害。斗拱结构又能均匀地分配屋顶重量，使各层承载木料之间接触面增大，从而缩短横梁跨度，减小挤压应力和弯曲应力。五 张力的应用：抛石机、弓箭抛石机与弓箭在古代是一种攻守城池的有力武器，用它可抛掷大块石头，砸坏敌方城墙和兵器；而越过城墙进入城内的石弹，可杀伤守城的敌兵，具有相当的威力。这种抛石机除了抛掷石块外，还可以抛掷圆木、金属等其它重物，或用绳、棉线等蘸上油料裹在石头上，点燃后发向敌营，烧杀敌人。抛石机的原理非常简单，它实际上是一种依靠物体张力（如竹、木板弯曲时产生的力）抛射弹丸的大型投射器

8、。弓箭的应用亦是如此，也是采用弓与弦产生的张力做功，推动箭高速飞行达到杀伤破坏的目的。2抛石机六 重心和平衡：酒器、铜奔马4从物理学观点看，通过物体的重心和桌面垂直的线（或面）要维持在这一物体的支持面里：否则，这一物体就很容易倒下。商代的酒器有三足，它的重心总是落在三足点形成的等边三角形里。西汉中山靖王刘胜墓出上的朱雀铜灯，体现了工匠关于重心的巧妙构思。东汉铜奔马，三足腾空，一足落地。但是它的重心刚好落在支撑足上，因此，即使支撑面很小，看来好像容易倾倒，其实是稳定平衡的。东汉铜奔马七 运动学成就力学与运动学是紧密联系不可分割的，在中国古代力学取得辉煌成就的时候，运动学也打开了自己的一片天地，其

9、基本观点、基本理论，与现代经典运动学基本相同。在中国古籍中关于运动相对性原理的叙述有尚书纬考灵曜载：“地有四游，冬至地上行北而西三万里，夏至地下行南而东三万里，春秋二分是其中矣。地恒动而人不知，譬如闭舟而行不觉舟之运也。”该书又写道：“春则星辰西游，夏则星辰北游，秋则星辰东游，冬则星辰南游。”（明孙瑴辑古微书卷一尚书纬）。经典物理学指出，在封闭船舱中的任何力学实验都不可能发现该船是静止的或匀速直线运动状态，换句话说，也就是“闭舟而行不觉舟之运也”。根据伽利略的说法：不能以任何力学实验来判断舟行还是舟止，从而证明地球是在运动的，而人也不能对此有所觉察。在伽利略以后，经过了将近3个世纪的努力，人们

10、逐渐认识到，提出在封闭船舱中舟行而人不觉这一说法的重要意义。最后爱因斯坦推广了这一伽利略相对性原理，他认为惯性系统中观察光学和电磁现象的规律也不变，并把它作为狭义相对论两大基础之一。明孙瑴辑古微书卷一尚书纬综述部分：一、我国古代力学的发展规律与特点（一）我国古代力学知识与古代精湛的工艺技术密不可分，但各时期对技术知识的整理汇集、研究提高、保存流传都未受到重视，致使技术特别是科技理论不能代替人力形成明显的生产力。（1）大量生产知识与技术积累而又散失，缺乏系统整理。（2经验性的定性的力学概念始终带有思辨色彩（如“气”、“道”、“理”），缺乏数学的定量引用和系统实验的基础，因此经典力学理论只能等待西

11、方传入。（二）科举八股把教育与知识分子的注意力引到文字游戏或仕途官场上，有许多在自然科学特别是力学方面的人才没有被选拔出来，他们的才能没有被发挥出来，只能成为民间的能工巧匠，而不能成为像西方阿基米德、牛顿一样具有划时代意义的伟大科学家。（三）传统文化对人的思想的钳制作用消极效应过大。（1）中国的传统文化主要是以儒家学派为代表的，追求“忠孝礼义”的文化，注重人的整个社会的精神层面的提高，忽略了自然科学与工程技术的发展。（2）整个社会的政治结构是以农为本的小农自然经济的封建社会形态，人民思考的最多的是自给自足的生产与生存活动，而没有过多的精力去思考科学。即使是处于更高阶层的上流社会人民，也将其精力

12、更多的投入功名利禄的追求，甚至认为研究科学是不务正业、具有科技含量的活动与器物是雕虫小技。（四）在漫长的古代史中，各个时期出现了许多的经典的力学成就，然而没有一个学者去尝试将这些成就归纳总结，形成体系，让后来的人可以有所借鉴、有所启发。及时清朝出现了梦溪笔谈之类的科学书籍，也只是以散记的形式去记录一些科学上的事情，从而至始至终没有让力学成为一个初具雏形的学科。（五）力学发展的领域不是很宽广。（1）从以上古代经典力学的应用来看，其所运用的方面基本上是静力学，涉及的都是最基本的杠杆、摩擦力、弹力、相对运动等简单的运用，都是在实际的生产生活中总结出来的规律的应用，并不是通过科学的假设，严密的论证与实

13、验得出的自然规律，没有通过最基本的原理去推导出更高层次的知识。（2）没有将古代的数学成就与力学成就集合起来运用，这就导致了动力学的发展很受限制，使其发展基本停留在静止的，经验的停滞不前状态。二、对现代力学发展的几点重大启示（一）、要有先进的、科学的、唯物主义的指导思想给力学的发展指明前进方向、注入强大动力。（二）、不断完善高效可行的力学人才教育选拔制度，结合现代各种教育制度体制，通过诸如力学竞赛等方式选拔高水平力学人才。（三）、国家相关的机构，注重对当前力学的发展成果进行总结，以国家的力量组织编写相关的专注，利于国内、国际最新的研究成果的交流与推广，从而推进力学的发展。（四）、注重力学与其他学

14、科的交叉融合发展，特别是数学、化学（纳米技术）、材料学等，这样能够推进力学具有创新性的发展。（五）、注重与发达国家的学术交流，而不是关起门来搞研究，把发达国家的最新成果吸收消化，结合我们自己的研究成果，促进国家力学研究更好更快地发展，更好地为国民经济和国防力量建设服务。The development of mechanical and Enlightenment in ancient law (Institute of command officer basic education of PLA University of Science and Technology three brigad

15、e a camp three number: 39320127082)Abstract: mechanics is one of the important base of natural science, the achievements in the development of mechanics, a sense which determines a countrys level of science and technology. Since the birth of the human, people have been consciously or unconsciously i

16、n the understanding, research, application, development of mechanics, has made remarkable achievements. This paper has a representative on the mechanical Chinese ancient various historical periods of discovery and application were explored, analyzes the principle of the ancient, natural scientific t

17、hinking, reveals the development process of mechanics in ancient Chinese surge high and sweep forward. By the time axis as lines of inquiry, see the ancients made in Chinese mechanical great achievements and be way ahead of the world behind the brilliant, but also describes it by Sheng Zhuanshuai th

18、e historical tragedy, which caused the modern science and technology in our country seriously behind, causes national bankruptcy, brought suffering to the modern China. The logic analysis of the humanities, also has the scientific guidance on the use of modern classical mechanics.Keywords: development ancient China mechanics 参考文献1老亮. 中国古代材料力学史M.北京：国防科学大学出版社 1991.235-2462来源于图片搜索3武际可 力学史M.上海：上海辞书出版社 2010.17-1894资料来源专心-专注-专业