战国时期的“机械大师”,在2000多年前就揭示了多个物理学原理

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战国时期的“机械大师”,在2000多年前就揭示了多个物理学原理

2024-07-10 10:01| 来源: 网络整理| 查看: 265

鲁班一听,脸色沉了下来。

墨子继续说:“这个人骂了我几句,我想杀了他。事成之后,我给你黄金千两作为酬谢。”

鲁班不高兴了,斥责道:“你把我鲁班看成什么人了?我不是那种见利忘义的小人,你给我多少钱我也不会去干这种不仁不义之事,你请回吧!”

墨子不但没有生气,反而呵呵笑道:“我就知道你鲁班不是这种人!你连一个无辜的人都不愿意杀,可是,你造了云梯帮助楚国攻打宋国,宋国得死多少无辜的老百姓啊,你这么做就仁义吗?”

鲁班一听,哑口无言,同时也知道了墨子的来意,他讷讷地说:“现在已经晚了,这件事我已经做不了主了。”

墨子说:“没关系,明天你带我去见楚王,我亲自劝阻楚王出兵。”

鲁班答应了。

第二天,鲁班带着墨子来见楚王。墨子对楚王说:“大王,我有个朋友家里特别富裕,广厦万间,可他却准备把隔壁邻居的茅草屋占为己有,你说这是个什么人呢?”

楚王笑了:“这人有神经病吧!八成是偷窃成瘾了。”

墨子也笑了:“大王,楚国方圆五千里,比宋国大十倍,土地之肥沃、物产之丰富更是宋国没法比的,你却偏偏要攻打宋国,这和我那个朋友有什么两样呢?”

楚王明白墨子的用意了,他说:“这是两码事,你别劝了,我的云梯无人能敌,宋国我是打定了!”

墨子一看楚王不为所劝,便说道:“谁说云梯天下无敌,我就能破解它!”

“什么?你能破解?”楚王半信半疑,“鲁班就在这里,你们俩来个攻防演练,我倒要看看你怎么破!”

于是两人就比画起来。鲁班说:“你看我这云梯下面是一辆巨大的运兵车,为巨木所制,蒙有牛皮。梯子分两段,下段和运兵车牢牢钉在一起,上段可调节长度和角度,前面有钩子,能牢牢勾住城墙,它推不动,砍不断,你怎么破?”

墨子呵呵笑道:“我发明的藉车(投石车),可以抛射大石头和炭火筒。你这云梯是木头做的,恐怕这两样就够你受了吧?我发明的连弩之车,一次可放箭六十,你的人能抵挡得了吗?即使你的云梯能靠近城墙,我把油泼下去,再把火把扔下去,你怎么办?我还发明了一种转射机,安在城墙上,不管你藏在哪里,都能射得到。我还发明了一种护墙,用木头制成,十尺见方,你的梯子架在哪里,我的护墙就架在哪里,就像给你的梯子加了个盖子一样,正好把你的人挡住上不来,还能从护墙的射孔中放箭,扔火把。你的云梯十分笨重,一旦勾住城墙,想换个地方基本不可能了,就等着化为灰烬吧!”

鲁班听了,目瞪口呆,额头冒出一层冷汗。他强作镇定地说:“先不说你这些东西管不管用,我的攻城手段可多着呢。我还发明了一种掘地的工具,能快速挖地道,直接从城墙底下挖地道攻进去,城墙这么长,你能知道我会从哪儿冒出来吗?防不胜防!”

墨子又笑了,说:“我和弟子们发明了一种地听器,你还不知道吧?我们会在城内各个方向凿开地洞,在里边埋一个容积四十斗的大坛子,坛口绷上牛皮,派人伏瓮而听,就能辨别出城外挖坑道的方位。接下来,就是守株待兔了!”

就这样,鲁班一连提出九种攻城手段,都被墨子一一化解,鲁班只好甘拜下风,就此认输。但是鲁班最后对墨子说:“其实我还有办法对付你,但我不告诉你!”

墨子早已猜透鲁班的言外之意,他说道:“我的三百弟子已经到了宋国,他们早已得我真传,你杀了我也没有用!”

楚王一看鲁班确实不是墨子的对手,只好放弃了攻打宋国的计划。

墨子为什么这么厉害呢?这与墨家勤于钻研物理知识是分不开的。墨家对力学、光学、声学都有研究。力学在机械中应用极广,墨家对杠杆、滑轮、斜面的原理都有研究,墨子发明的连弩之车、转射机、藉车(投石车)等,都有非常精巧的机械构造。在光学方面,墨子最先提出光沿直线传播的论断,并由此解释了小孔成像的原理,他还研究了平面镜、凹面镜、凸面镜的成像规律。

墨子的小孔成像实验(在小黑屋的墙壁上凿一个小孔,让一个人站在墙外,屋里小孔对面的墙上便出现了这个人倒立的像。这是因为物体上每一点都在向四面八方发出光线,其中只有一小束能通过小孔落在对面墙上形成一个小光斑,物体上所有点进入小孔的小光斑组合起来就形成了一个倒立的像)

墨子发明的地听器,利用了声音在固体中传播的空穴效应,就是说,声音在固体中传播时,若遇有空穴,就会产生混响,并将声音放大。后来,“虚能纳声”成为古人的一种常识,人们把皮革缝成空心枕头,或者用瓷器烧成空心瓷枕,枕着这些枕头在地上睡觉,就可听到几里乃至几十里外的军马声,因此这也成为军队防范敌人的重要手段。

其实,战国时期出现墨子和鲁班这种大师级的人物并非偶然,中国自古以来就不乏能工巧匠,到战国时期已经积累了大量知识与经验,在墨子和鲁班之前,劳动人民在生产实践中就已经掌握了大量机械知识。比如,精巧的弩机的出现,就是古代力学机械应用的典范。弩机各个部件的完美配合,将古人对于机械构造的理解和设计展现得淋漓尽致,其设计理念领先世界1500年,可以和近代的来复枪机相媲美。我们汉语中所说的“机械”这两个字,其中“机”字就来源于弩机。

弩是在弓的基础上发展起来的。弓全凭人的臂力拉弦,不易瞄准,难以持久张弦。而弩则可以通过弩机这样一套机械装置,先把弦扣住,再把箭放在弩臂上的箭槽内,然后从容瞄准,伺机扣动扳机发射,就像打枪一样。在中国,弩的出现不晚于商周时期,春秋时期已经成为一种常见的兵器。

秦汉时期弩的基本结构

《孙子兵法》中就多次提到弩,并将弩列为重要的作战物资。到战国时期,弩更是广泛地应用于军事之中,墨子发明的连弩之车和转射机,都是在弩的基础上改进的。目前,在湖南、江苏、河南、河北、山东和四川等地发掘的战国墓中都有青铜弩机实物出土。

弩机由机身、望山、悬刀和钩等几个部分组成,望山、悬刀和钩心插入机身之内,以“键”相连于机身之上,组装在一起。望山高高直立,可以据此利用“三点一线”原理,调整弩的瞄向,有的还带有刻度,可以根据射程调整俯仰角度,类似于现代步枪的表尺。望山前连有对称两齿(称为牙),牙用以扣弦,箭尾顶在牙的两齿之间的弦上。悬刀类似于现代步枪的扳机,扣动悬刀即可触发机关,发射弩箭。

弩机的工作原理

弓和弩有强大的杀伤力,是因为拉弓的时候弓体发生了弹性形变,具有了弹性势能,发箭的时候,由于弓体要复原,弹性势能就会转化成箭的动能,使箭发射出去。显然,弓体积蓄的弹性势能越大,箭得到的动能就越大,威力也就越大。弹性势能跟弓体的劲度系数和拉伸程度有关,劲度系数越大,弹性势能就越大。

另外,在弹性限度内,拉伸程度越大,弹性势能就越大。劲度系数大的弓就是我们常说的硬弓,中国古人以石、斗、斤、两为单位来计量弓的软硬,称之为“弓力”,弓力越大,其实就是劲度系数越大。人力能拉开一石弓就是上等射手,而弩可以用脚踏上弓或者利用杠杆原理上弓,因此弩的弓力要大得多,普通的弩都是三石弓力。通过脚踏上弩的强弩,射程可达400 米,远超弓箭的射程。

汉代出现的床弩,更是需要几人乃至几十人推动绞车张弩,发射的箭像长矛一样,射程可达600米,威力巨大。

可以说,到战国的时候,中国工匠们对于物理的认识与应用都达到了当时世界的顶尖水平,战国时期成书的《考工记》,就是这些技术的集大成之作。《考工记》记载了各种手工业知识,比如铸造青铜器时如何根据用途选择不同的铜锡配比,制造车轮时如何能让车轮阻力小、转得快,制作箭时如何控制其重心使箭在空中飞得又稳又准,等等。虽然《考工记》只注重经验总结与知识归纳,而忽视对其中原理的探究,但这是科学发展的必经之路,没学会走就想跑是不可能的,2400 多年前的古人能取得这样的成就,已经足以让人肃然起敬了。正是:

科学发展无捷径,点滴积累不可缺。

经验总结是前提,原理探究方成学。

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文源:《物理学通俗讲义》

作者:高鹏

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文中部分图片源于网络

版权归原作者所有

编辑:张润昕

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