中国古代的物理成就.ppt

《中国古代的物理成就.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中国古代的物理成就.ppt（12页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、中国古代的物理成就中国古代的物理成就 我国古代的科学技术成就中，属于物理学或与物理学有关的，可以提出力学、光学和声学等三个方面作一简要介绍。（）力学方面 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（公元前至年）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、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。墨经中有关力学知识的记载。墨经战国时代以墨翟（公元前至年）为首的墨家的代表作，分为“经”与“经说”两大部分。经

2、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

3、米德杠杆定理那样完整和定量化。侯风地动仪。这是东汉张衡（公元至年）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

4、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。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

5、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。（）光学方面 关于光学知识的记载以墨经经下中的八条（至高无）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。经下第条：“景不徙，说在改为。”经说：“景：光至，景亡；若

6、在，尽古息。”这一条是论述影的生成。各家的解释在这一点上没有分歧。然而细致地推敲起来，又各有不同的见解。主要是对于经说中的“若在”指的是“影在”，还是“物在”，有不同的理解。经下第条：“鉴（洼），景一小而易，一大而正，说在中之外，内。”经说：“鉴：分鉴；中之内，鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小，而必正，起于中缘正而长其直也。中之外，鉴者近中，则所鉴必大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小，而必易，合于中而长其直也。”这一条讲的是凹面镜成像的规律。钱临照先生对此有很好的解释。他特别指出，当时不是用一个光源和纸屏进行观察，而是人脸本身为物，以眼为屏，所以在“一小而易”和“一大而正”之

7、间不能发现“一大而易”的情况。他并从而推断，经文中所说的中，是指从镜面的曲率中心到其焦点之间的一段区域，而不是一个点。（）声学方面 据文献记载和考古的发现，在周朝以前已经有了各种乐器（管、弦和打击乐器），而且很早就制定了有科学根据的乐律，即各音之间有频率的简单整数比的关系，或是说有一定的音程。乐律说有丰富的物理声学内容，它的产生和发展，是物理声学史中重要的组成部分。吕氏春秋上记载有“昔黄帝令伶伦作为律，伶伦自大夏之西，乃之阮阝俞之阴，取竹于山介溪之谷，以生空窍厚均者，断两节间，其长三寸九分而吹之，以为黄钟之宫，吹曰舍少。次制十二筒，以之阮阝俞之下，听凤凰之鸣，以别十二律”，这种属于传说性质的东

8、西，当然不能完全凭信。但是早在公元前六世纪有个叫伶州鸠的乐官曾把十二律的名称一一列举，并把它们的出现和周武王伐纣（前1066）的时间联系起来。因此，在这之前肯定就有了系统的乐律了。关于定“律”的方法，早在公元前四世纪就以“三分损益法”定出了五度相生律。具体是以黄钟的弦长为81（34）作为宫音，然后依次乘以4/3和2/3得到五音：宫音弦长3481，征音弦长81（11/3）108，商音弦长108（11/3）72，羽音弦长72（11/3）96，角音弦长96（11/3）64。这样，若以征音（主音）为1，则各音的频率比是：征：羽：宫：商：角1:9/8:4/3:3/2:27/16。而且按宫征商羽角的次序排

9、时，相邻二音间的音程是3/2和3/4，即简单的整数比。可见，这时对于弦长与频率间的关系已经有了一定的认识。只有五个音对于演奏来说显然是不够的。所以后来又增加了两个变音（变宫、变征）和其它一些半音，使得在一个八度（倍频程）内共有12个音，这就构成了所谓十二律。在声学方面除了乐律之外，还有关于共鸣的知识也是值得提出的。我国古籍中多次记载了物体的共振和声音的共鸣现象。墨子备穴篇记述了利用空气柱的共鸣作侦破敌军挖洞攻城的方法。庄子徐无鬼中也有共鸣现象及其解释的记载：“鼓宫则宫鸣，鼓角则角应，音律同矣。”这些记载表明当时人们不仅发现了基音共振现象，而能够用“音律同矣”去解释它。可以说是世界上最早关于共鸣

10、现象的认识。在公元三世纪时张华（至）在了解共振、共鸣现象的基础上，还进一步掌握了消除共鸣的科学方法。南北朝宋人刘敬叔（至）所著异苑中有这样的记载：“晋中朝时，蜀有人蓄铜藻盘，晨夕恒鸣如人扣，乃问张华。华日：此盘与洛钟宫商相谐，宫中朝暮撞钟，故声相应。可？令轻，则韵乖，鸣自止也。依其言，即不复鸣。”（）关于物质和运动的概念 物质观。关于物质的构成，中国古代有多种说法，如“五行说”，“八卦说”，“元气说”以及墨家提出的“原子论”。这里仅介绍先秦时期两种物质观。关干“五行说 ”。这一学说始于夏朝，流行于商朝，到了西周发展为“五行元素说”。西周末年，太史官史伯在总结前人思想以后说：“夫和实物，同则不继

11、，以他平他谓之和，故能丰长而物生之，若以同裨同，乃尽弃矣。故先王以土与金、木、水、火杂以成百物”。（国语郑语。）这里已十分明确的把水、火、木、金、土五种基本物质当成组成世界万物的原始材料。更加清楚地表明中国古代原始五行说，实际上就是最早的关于物质组成的假说。它不仅具有朴素的元素概念，并具有物质相互转化的观念。我国原始五行说发展到了春秋时代，又出现了五行相生相克的学说，即 水生火，火生土，土生金，金生水，水生木；木克土，土克水，水克火，火克金，金克木。显然它是由实践经验抽象出来的。五行依一定的相生次序而相生；又依一定的相克次序而相征服。这种关系深刻地揭示了组成世界的五种基本物质元素在相互转化的复

12、杂变换过程中，生成和消失的速率是受控的，在量上是互补的，因而元素的种类和总量不增不减，物质守恒。关于“阴阳八卦说”。这一学说起源于殷周之际，实际上也是一种原始的元素论。它从人们生活经常接触的自然界中选取了八种东西作为说明世界上其他多种东西的根源。所谓八卦，即用八种符号来表示八种自然现象，而这八卦是由阳爻（音挑yao）用“”表示和阴爻用“一”表示，阳爻和阳爻排列为八卦，再由八卦排列为卦。八卦分别是三乾、坤、震、巽（xun）、坎、离、艮、兑等，它们分别表示天、地、雷、风、水、火、山、泽。由于阴阳的排列3 即可得八卦，同理再由八卦排列为2，即可得卦。世界就是在阴阳两种对抗物质势力运动推动下孳生着。发

13、展着。这是一种十分朴素的万物生成的唯物主义观念。然而，这两个本来独立发展的、具有唯物主义色彩的物质学说，到后来经邹衍之手，加以歪曲比附，推演到人事和社会历史上去，使其被蒙上了浓厚的迷信色彩，走上了唯心主义的玄学途径，失去了作为说明世界的一种初级认识作用。运动观念。在我国古代，人们把运动理解为一般变化，其中包括产生和消灭，数量增减和性质变化，以及位置移动。对于位置的移动，墨经中有专门的论述，并对“运动”和“静止”的观念下了定义：经上：“动，或（域）徙（徙）也。”意思是说，凡物之动，乃其所处的位置的变化。经说：“动：偏祭（际）徙（徙）者，户枢免瑟。”这里补充说明转动也是运动；经上：“止，以久也”。

14、“久”即时间，意思是说，静止，是指某物体在某一时间限以上处于空间中同一位置，即物体在某一位置上停留一段时间，这就是静止状态。经说：“无久之不止，当牛非马，若夫（矢）过楹。有久之不止，当马非马，若人过梁。”这里墨家进一步说明静止与运动的关系：把静止分为“无久之不止”与“有久之不止”两种情形。前者讲的是运动飞快的物体，使人感觉不到在空间某一位置有停留的时间；后者讲的是运动缓慢的物体，使人能够感觉到它在空间停留一段时间（静止）。除墨家外，先秦时期，许多学者都提出过关于运动和静止的辩证命题。如惠施的“日方中方睨，物方生方死。”公孙龙的“镞矢之疾而有不行不止之时”；“飞鸟之影未赏动也”。等等。除去以上列

15、举的力学、光学、声学和物质与运动等四个方面之外，在这一时代中，我国还有许多其它的物理学方面的成就，例如磁现象和静电现象、气象知识等等，不再一一加以介绍了。即使从以上的一个很不完整、很不系统的介绍，我们已经可以看到，我国古代确实有不少很有价值的物理学成就。跟文学、艺术、哲学等其它领域一样，比之其它文明古国毫无逊色，甚至可以说有过之而无不及。尤其是春秋战国时代，是我国古代学术上的一个繁荣昌盛的时期，是历史上有名的百家争鸣时期，也是由奴隶制向封建社会过渡或封建制度逐步确立的时期。在这样的一个时代，才能产生象墨子那样伟大的思想家和科学家。当然，墨子或墨家的成就除去由于所处时代的原因之外，还因为他们比较接近生产者，以及他们有着比较正确的认识论的观点。如“五路”之说，把知识分为“闻知（间接经验）、说知（理性认识）、亲知（直接经验）”，并且注意名符其实的认识标准（“名实耦，合也。以名学实，举，拟实也”）。