杆秤的发明

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  “权衡”一词最早是指的一样东西,“权”是指的秤砣,“衡”是指的秤杆.“权衡”就是我们现在所说的杆秤.因为称重量时(日常生活中所讲的重量,就是物理上的质量),秤砣和秤杆一定要合在一起使用,所以就习惯称为“权衡”.别小看这个司空见惯的杆秤,它的寿命可是长达2000多年.为什么杆秤会这么受用?这秤杆与秤砣之间究竟隐藏了古人怎样的智慧呢?
  
  《天工开物》记载,有位叫张僧繇的南朝人,画了一幅《执秤图》画.在这幅画中我们看到的秤,应该算是最早有记载、有形象的秤.这幅画是南朝时候的,但杆秤的起源比这幅画大概还要早1000多年.可是要想追溯这个杆秤最早是怎么发明的?是什么人发明了这么聪明的一样用具?好像也无从查起.
  虽然我们现在追溯不到杆秤发明的确切源头,但是非常幸运的是,做杆秤的这种工艺还是流传了下来,从中我们可以体会到古人的智慧.
  与古希腊、罗马一样,我国的杆秤发明,也是经历了先有天平秤后有杆秤的过程.远在四五千年前的黄帝时代,我们的祖先就发明了天平.迄今考古发掘发现最早的是2000多年前春秋战国时代的天平,它是个等臂天平(等臂杠杆).这些古代天平与我们今天天平的基本道理都是一样(杠杆原理: F1·l1=F2·l2),而模样却有区别.它有一根木质或青铜质的秤杆.秤杆的中点系着提挈用的绳子,两端各悬挂一个秤盘.使用时,一个秤盘里放待称的物品,在另一个秤盘加放砝码,直至天平平衡,此时所加砝码的重量就是物品的重量.有意思的是,当时的砝码是一整套大小不一的青铜圆环.
  由于天平两边的力臂相等,即挂砝码一边的力臂与挂重物一边的力臂长度相等(l1=l2),因此所放砝码的重量与待称重物的重量相等(F1=F2).假如我们要称量几十、几百千克的重物,那就得准备很多很多的砝码,然后就要在天平的托盘里相应放上几十、几百千克的砝码,这太麻烦了!这就了天平只能适用于称重量较轻的重物.
  在天平出现了2000多年后,我国古代制秤的工匠们终于摸索出了“小小秤砣压千斤”的好办法,很巧妙地把这个问题解决了.不过,这时出现的还不是像今天这样的提纽杆秤,而是不等臂秤.这种不等臂秤的秤杆上有刻度,挂重物的绳子和挂秤砣的绳子都可以在秤杆上移动,同时不等臂秤也不再采用成套的砝码,而只用一个重量固定的秤砣.
  我们在博物馆里见到公元前五世纪或更早的齐国(今山东北部、东部)、共国(今河南辉县等地)不等臂秤的秤砣和公元前四世纪的楚国宫廷里用的不等臂秤的秤杆可以为证(图形见《中国古代度量衡图集》).
  值得我们骄傲的是,我们祖先发明的不等臂秤比欧洲要早三个世纪.墨家学派曾较详细地阐述了不等臂秤的工作原理,墨家把重物的力臂叫做“本”,把秤砣的力臂叫做“标”,权(秤砣)的重量又比重物的重量轻.对此,墨家指出,若要这种秤“相衡”的话,必须“本短标长”,可见墨家已经完全掌握了杠杆原理:
  重×本=权×标.这比古希腊阿基米德于公元前三世纪发现的杠杆原理还要早一个多世纪.然而,这个不等臂秤还不能像现在的提纽杆秤那样能直接读出重物的重量,使用起来还是不太方便,它还须用公式才能算出重物的重量(即:F1·l1=F2·l2,重物的重量×本=秤砣的重量×标,如右图:不等臂秤的平衡示意图).
  在不等臂秤使用了1000多年后,大约到南北朝时期,我国古代制秤的工匠们又用他们的智慧创造出了像现在用的提纽杆秤,杆秤家族终于又翻开了崭新的一页.
  此时的杆秤上有:两个提纽(两个量程)、两条刻度线(可直接读出重量),一条刻度线在秤杆的上面,另一条刻度在侧面.当我们称重量较大的物体时,用“头纽”提挈,移动秤砣使秤杆平衡,用秤杆上面的刻度进行读数,因为“头纽”的称量范围大;称重量较小的物体用“二纽”,用秤杆侧面的刻度进行读数,“二纽”的称量范围小.
  秤原以十三两为一斤,秦始皇统一度量衡后,改十六两为一斤.唐又在“两”以下,增加了“钱”、“分”、“厘”等单位.十六两为一斤的规矩一直沿用到二十世纪五十年代,后又重新统一改为十两一斤.七十年代为与国际接轨,两以下设“克”单位,五百克为一市斤,九十年代又取消了市斤制,改为公斤制,二市斤为一公斤.
  提纽杆秤,结构简单,使用方便,一千多年来一直受到普遍欢迎.但随着社会的发展,更加精确点电子秤是使用日益广泛,杆秤逐渐淡出市场.
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