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【摘 要】力学在物理学史上具有极为重要的地位，虽然我国古代并没有“力学”这一词，但是并不影响古代人积累其技术经验和力学知识。只是古代中国人缺乏逻辑推理和应用数学解决物理问题的基本训练和传统，没有形成一个系统的理论体系罢了，并不是“中国古代无力学，因此亦无力学史”。本文以力学的不同领域为横坐标，以古人的生产技术、生活用具、房屋构造以及诗词歌赋等为纵坐标，在力学的不同领域中又以各个朝代为线，对我国古代的力学发展进行整体的论述。
【关键词】力学 简单机械 杠杆 滑轮
一、绪论
1.“力学”的古代词义演变
物理学中的“力学”一词，在中国古代并不具有现在科学上的含义。宋代周密的笔记《齐东野语》和元代的《金史·张行简传》的典籍中都有“力学”一词，但是它们是“努力学习”的意思。在明清时期留下的地名中，有个“力学胡同”。每逢科举岁月，这里住着来自全国各地的儒生，他们中大多数在此用功念书，以待进士考课，此胡同因此得名。
在鸦片战争之后，不仅有《重学》专书出版，而且将重学分为静重学、动重学、水重学、气重学、流质重学、天重学，也就是现在所谓的静力学、动力学、水力学、气体力学、流体力学、天体力学各分支。直到1866年，美国教士北京京师同文馆教习丁韪良在《格物入门》中才将Mechanics翻译成力学。但是，在京师同文馆刊刻《格物入门》之后，力学一词并未被普遍接受。直到1900年，当日本教材大量地传播到我国并被译成中文出版时，“力学”一词才被中国人所接受。
2.中国古代力学发展
从北京周口店挖掘出来的石器表明，50万年前的北京猿人，已经会打击石块，人们已领悟到锋刃和尖劈的作用，制造了各种尖状器和刮削器，如斧、凿、铲、针、钻等。某些这类器物还装有柄，表明杠杆已被使用。在距今约10万年前尚无弓箭的时代，人们发明了“抛石索”，以将石球抛射。后来，人们创造了弓箭、箭镞，利用天然纤维加工成绳索，人类从狩猎生活逐渐过渡到畜牧业。在距今约7000年的浙江河姆渡文化中已经有了大批的木构建筑和榫卯接合的经验，这些表明了静力学的初步知识已经开始指导当时的建筑师。距今五六千年的仰韶文化中，有以草泥为主的混合材料建筑，有一种符合重心原理的提水陶罐。正是因为来源于清贫者之中，墨家接触更多的是民众的生活。力学，本身就是产生于社会大众的一种学问。在先秦之前就有了原始的木质尖状耕作器，即耒耜。[5]人们“断木为杵，掘地为臼”，制造简单的石磨、石棍，从而杠杆、冲撞及磨压的力学应用在生活和生产中开始扩大。从陶器的制作中，人们初步知道了某些有关旋转运动的知识。
汉代从汉武帝时起，社会经济有了很大的恢复和发展：普遍使用牛耕、推广铁质农具、改进耕作技术、兴修水利，使农业有了较大的发展。在手工业方面，首先是冶铸铁的技术有了极大提高，燃料煤的使用、鼓风设备的改进，使当时能大量生产铁质农具、兵器和生活用具。从汉迄唐，虽政体时分时合，有兴有衰，但科学技术总在缓慢发展之中。
二、中国古代对简单机械的认识和应用
1.杠杆
第一，中国古代人类使用杠杆的事实依据。杠杆是人类最先使用的简单机械，最早可以追朔到旧石器时代。当原始人拾起一根棍棒，并以此企图撬动一块石料时，他们实际上就是在使用杠杆。在距今约7000年左右的浙江余姚河姆渡文化遗址中，发现有石铲、骨耜；在新石器时代，许多石制工具装上了木柄；在甘肃永昌鸳鸯池遗址中发掘的新石器时代的石刃、骨刃，美观、锋利而有凿柄孔，这已经不是将木柄和石具用天然纤维捆束在一起，而是将木柄装入凿孔之中。这些考古发现表明，新石器时代的人们已在实践中懂得了杠杆的经验法则：装上木柄，延长力臂，俭省力气。杠杆原理表现在被人们广泛应用的桔槔、踏和衡器等上。
第二，简单介绍桔槔的结构和记载桔槔的书籍。桔槔是一种取水机械，是不等臂杠杆，古籍上又称之为颉槔。据说，商汤时贤臣“伊尹始作桔槔”。将一长木支撑于一根立柱上，使其支点的两端长度不等，就造成了简单的桔槔。桔槔的一端系有绳索、吊桶，另一端常捆扎一石块，以助人拉举重物。据西汉刘向的《说苑·反质》记载：春秋末年，郑国大夫邓析出游，曾下车教农夫使用桔槔灌溉农田。在《庄子·外篇·天地》中也记载了一种汲水工具，戽斗。由两个人拉住两边的绳子摆动着斗，把低处的水送到高处的天地里去，它运用的是力的分解和平衡原理。因此，桔槔不仅被古人用来提水，墨家还将它改造成战斗机械。公元前五世纪的春秋时，辅佐越王勾践的范蠡，在兵书中写有：“飞石重十二斤，为机发行三百步。”这种“机”就是利用杠杆原理所制的抛石机。
2.滑輪
滑轮，古代称为“滑车”。外国传说，滑车出现在阿基米德之前（公元前300年）。然而，据史料记载，在此之前我国早就有了这类简单机械。如《物原》记载：“史佚始做辘轱”（史佚是公元前1100年周代初年的史官）。据《左转·成公十六年》（公元前575年）载：“楚子登巢车以望晋军”。又据《通典》记载：“以八轮车上树高杆，杆上安辘轱……亦谓之巢车，如鸟之巢。”（《通典》为唐朝杜佑撰，成书于公元766-801年）
辘轱是滑轮的另一种形式，可能产生于商末周初。它常被用作井中提水的工具，其主要部件是一根短圆木，其一端有曲柄。圆木上绕绳索，可绕其固定轴转动。当辘轱用于提水时，绕在其上的绳子的两端均可系吊水桶，只要两股绳逆顺交转于轱筒。这样，达到辘轱总是做有用功的目的。这样的辘轱称之为双辘轱、花辘轱或复式辘轱。方以智就辘轱起重省力一事写到：“凡引重，用一辘轱省力倍，以筒筒圆木，入滑汁其中，以绳卷筒上。其力更省。”在辘轱转筒和轴之间加入润滑油，方以智称之为“入滑汁其中”。
根据史籍和实物，我们可以知道：早在春秋期之前，我国劳动人民已经使用了桔槔、滑车和辘轱，后来记入文献，并科学地归并入一类。[7]其中“巢车”就是将滑轮和辘轱等机械归为一体的总称。《辞海》中绘有巢车图，巢车是一种专门用来观察敌情瞭望车，车底部装有轮子，可以推动，在双支架杆上装定滑轮，跨绕绳索，一端吊筐篮，另一端绕与绞车上，攻城时可用于观察城内敌兵的情况。在历史上就有好多这些事例：公元前575年鄢陵之战时，楚共王曾经在太宰伯州犁的陪同下，亲自登上巢车察看敌情。
【关键词】力学 简单机械 杠杆 滑轮
一、绪论
1.“力学”的古代词义演变
物理学中的“力学”一词，在中国古代并不具有现在科学上的含义。宋代周密的笔记《齐东野语》和元代的《金史·张行简传》的典籍中都有“力学”一词，但是它们是“努力学习”的意思。在明清时期留下的地名中，有个“力学胡同”。每逢科举岁月，这里住着来自全国各地的儒生，他们中大多数在此用功念书，以待进士考课，此胡同因此得名。
在鸦片战争之后，不仅有《重学》专书出版，而且将重学分为静重学、动重学、水重学、气重学、流质重学、天重学，也就是现在所谓的静力学、动力学、水力学、气体力学、流体力学、天体力学各分支。直到1866年，美国教士北京京师同文馆教习丁韪良在《格物入门》中才将Mechanics翻译成力学。但是，在京师同文馆刊刻《格物入门》之后，力学一词并未被普遍接受。直到1900年，当日本教材大量地传播到我国并被译成中文出版时，“力学”一词才被中国人所接受。
2.中国古代力学发展
从北京周口店挖掘出来的石器表明，50万年前的北京猿人，已经会打击石块，人们已领悟到锋刃和尖劈的作用，制造了各种尖状器和刮削器，如斧、凿、铲、针、钻等。某些这类器物还装有柄，表明杠杆已被使用。在距今约10万年前尚无弓箭的时代，人们发明了“抛石索”，以将石球抛射。后来，人们创造了弓箭、箭镞，利用天然纤维加工成绳索，人类从狩猎生活逐渐过渡到畜牧业。在距今约7000年的浙江河姆渡文化中已经有了大批的木构建筑和榫卯接合的经验，这些表明了静力学的初步知识已经开始指导当时的建筑师。距今五六千年的仰韶文化中，有以草泥为主的混合材料建筑，有一种符合重心原理的提水陶罐。正是因为来源于清贫者之中，墨家接触更多的是民众的生活。力学，本身就是产生于社会大众的一种学问。在先秦之前就有了原始的木质尖状耕作器，即耒耜。[5]人们“断木为杵，掘地为臼”，制造简单的石磨、石棍，从而杠杆、冲撞及磨压的力学应用在生活和生产中开始扩大。从陶器的制作中，人们初步知道了某些有关旋转运动的知识。
汉代从汉武帝时起，社会经济有了很大的恢复和发展：普遍使用牛耕、推广铁质农具、改进耕作技术、兴修水利，使农业有了较大的发展。在手工业方面，首先是冶铸铁的技术有了极大提高，燃料煤的使用、鼓风设备的改进，使当时能大量生产铁质农具、兵器和生活用具。从汉迄唐，虽政体时分时合，有兴有衰，但科学技术总在缓慢发展之中。
二、中国古代对简单机械的认识和应用
1.杠杆
第一，中国古代人类使用杠杆的事实依据。杠杆是人类最先使用的简单机械，最早可以追朔到旧石器时代。当原始人拾起一根棍棒，并以此企图撬动一块石料时，他们实际上就是在使用杠杆。在距今约7000年左右的浙江余姚河姆渡文化遗址中，发现有石铲、骨耜；在新石器时代，许多石制工具装上了木柄；在甘肃永昌鸳鸯池遗址中发掘的新石器时代的石刃、骨刃，美观、锋利而有凿柄孔，这已经不是将木柄和石具用天然纤维捆束在一起，而是将木柄装入凿孔之中。这些考古发现表明，新石器时代的人们已在实践中懂得了杠杆的经验法则：装上木柄，延长力臂，俭省力气。杠杆原理表现在被人们广泛应用的桔槔、踏和衡器等上。
第二，简单介绍桔槔的结构和记载桔槔的书籍。桔槔是一种取水机械，是不等臂杠杆，古籍上又称之为颉槔。据说，商汤时贤臣“伊尹始作桔槔”。将一长木支撑于一根立柱上，使其支点的两端长度不等，就造成了简单的桔槔。桔槔的一端系有绳索、吊桶，另一端常捆扎一石块，以助人拉举重物。据西汉刘向的《说苑·反质》记载：春秋末年，郑国大夫邓析出游，曾下车教农夫使用桔槔灌溉农田。在《庄子·外篇·天地》中也记载了一种汲水工具，戽斗。由两个人拉住两边的绳子摆动着斗，把低处的水送到高处的天地里去，它运用的是力的分解和平衡原理。因此，桔槔不仅被古人用来提水，墨家还将它改造成战斗机械。公元前五世纪的春秋时，辅佐越王勾践的范蠡，在兵书中写有：“飞石重十二斤，为机发行三百步。”这种“机”就是利用杠杆原理所制的抛石机。
2.滑輪
滑轮，古代称为“滑车”。外国传说，滑车出现在阿基米德之前（公元前300年）。然而，据史料记载，在此之前我国早就有了这类简单机械。如《物原》记载：“史佚始做辘轱”（史佚是公元前1100年周代初年的史官）。据《左转·成公十六年》（公元前575年）载：“楚子登巢车以望晋军”。又据《通典》记载：“以八轮车上树高杆，杆上安辘轱……亦谓之巢车，如鸟之巢。”（《通典》为唐朝杜佑撰，成书于公元766-801年）
辘轱是滑轮的另一种形式，可能产生于商末周初。它常被用作井中提水的工具，其主要部件是一根短圆木，其一端有曲柄。圆木上绕绳索，可绕其固定轴转动。当辘轱用于提水时，绕在其上的绳子的两端均可系吊水桶，只要两股绳逆顺交转于轱筒。这样，达到辘轱总是做有用功的目的。这样的辘轱称之为双辘轱、花辘轱或复式辘轱。方以智就辘轱起重省力一事写到：“凡引重，用一辘轱省力倍，以筒筒圆木，入滑汁其中，以绳卷筒上。其力更省。”在辘轱转筒和轴之间加入润滑油，方以智称之为“入滑汁其中”。
根据史籍和实物，我们可以知道：早在春秋期之前，我国劳动人民已经使用了桔槔、滑车和辘轱，后来记入文献，并科学地归并入一类。[7]其中“巢车”就是将滑轮和辘轱等机械归为一体的总称。《辞海》中绘有巢车图，巢车是一种专门用来观察敌情瞭望车，车底部装有轮子，可以推动，在双支架杆上装定滑轮，跨绕绳索，一端吊筐篮，另一端绕与绞车上，攻城时可用于观察城内敌兵的情况。在历史上就有好多这些事例：公元前575年鄢陵之战时，楚共王曾经在太宰伯州犁的陪同下，亲自登上巢车察看敌情。