中國機械工程發(fā)明史

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踴26鼓差滑單
數(shù)的一牛大體上等于重物上升的距離，如圖
26所示。倘粗粑兩段相差的直徑很小，剛
滑卓每蝽一周，重量上升的距離很小。根據(jù)
“功的原理”（參考劉仙洲著機械原理第二
章），糖果就能用小力提起較大的重量。
    這一種機械，在西洋的物理者上早就吣
它做中國校卓(chinese windlass)，但是在我
國的文獻里邊，還沒有找到確實發(fā)明的年代。
    S．復(fù)式滑牽
    復(fù)式滑卓也是用小力發(fā)大力的一種機械。它主要的桔構(gòu)也是使最后發(fā)力的一
部分逐漸減低速度。仍參看圖2 5，即宋代所畫的捕氪圖，在桴上所裝的同一個
軸上，裝上直徑大小不同的兩個滑卓，使原動力一邊，印人搬較率的一邊，轉(zhuǎn)動
較大的滑卓，再由同軸上一個較小滑卓的轉(zhuǎn)動以牽動搬罾的糨索，這樣就可以用
較小的力量搬動較大的重量，使罾容易被搬起來。
    到清代初年以后，凡升起或搬運重物時，采用復(fù)式滑卓的實例就更多了。因
為那時多牛已受到西洋科學(xué)技術(shù)的影響，在第二褊內(nèi)再加以敘速。
    四、  斜面與螺旋
    利用斜面可以省力的糙腧和應(yīng)用，在我國日常生活中是很多的。如用斜梯升
高，沿斜樓梯上樓，沿斜塔梯上塔（后一種有時并建成螺旋形），以及沿著盤遭
上山等都是常兄的實例。只是在記載上得到的資料不多。
    我國兒童玩縣中有一種毗}做竹蜻蜒的，和吾代葛洪（公元284-363年）著
的抱樸子內(nèi)篇卷十五上載的“……或用棗心木為飛卓，  以牛革桔環(huán)，  劍以引其
機，……上升四十里�！�…’’無疑都是合于今日螺旋槳的原理。
    清華大學(xué)魏西河同志在他最近寫的“滑卓與斜面的發(fā)現(xiàn)和使用以中國為最
早”一篇簫文里指出：墨子襁下二十八中“不正，所挈之止于拖也’’是指的在斜
面上向上牽動重物，并指出：根據(jù)斜面角度的變化可使所需要的力量變更大小。
我忍為是正確的。這樣看，關(guān)于斜面的發(fā)明，在我國至晚是在公元前500年左右。
至于由斜面的原理發(fā)展成為螺旋，刖在我國古代琵載上還沒有得到可靠的史料。
    直到明代天啟元年（公元1 621年），茅元儀在他所著的武備志，天啟七年
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（公元1 62 7年）王徵所器的遠西奇器圖藐及以后不久方以智（公元1 64 0年左
右）所著的物理小濺中考都明確地提出螺旋來。但這都在公元1600年利璃寅來
中國以后，無疑已受到西洋的影響，將來在第二褊內(nèi)再加以敘速。
    就本章所有的敘速看，可知我國對于各種簡草機械，除螺旋一種以外，都很
早就有發(fā)明。
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第三章中國在利用彈力、慣力、重力和減輕摩
    擦力、利用摩擦力以及采用建楦搏動
    以代替同歇運動等方面的發(fā)明
    一．  彈力的利用
    在日常生活和生產(chǎn)里邊，我國勞動人民利用彈力的例子很多。彈力并不是在
我們本身以外找出來的原動力，它是把人力加在一種具有彈性的物體上，使它改
變形狀。當使它有恢復(fù)本來形狀的機會時，它就要恢復(fù)原狀，把加在它的力量仍
舊輪出來，以便于我們工作上的應(yīng)用。也可以貌：使具有彈性的物體把我們加在
它上邊的力量存儲起來，當我傭要利用這一份力量時，它仍舊耠我們發(fā)出來�，F(xiàn)
在就四種實例敘速一下：
    I．  弓和弩
    利用彈力最早的工具應(yīng)當是彈弓，其次是射箭的弓和弩。我們可以推想最早
人類是先會用自己的手向著野獸和敵人投捌石塊和棍棒等物的。后來為了達到鞍
遠的距離才發(fā)展為用具有彈性的物體以代替人手投螂，就是后來所翻“彈弓”的
一種工具。再后方發(fā)展為弓和弩，被投擲的東西也改變?yōu)榧�。不但達到的距離比
較遠，箭頭也制成鋒刃狀，使射入的效率更高一螳。吳越春秋上有“弩生于弓，
弓生于彈”的瑟，就發(fā)展藐是很合理的�！�色傭工作的涼動力都是利用彈力。
    我國舊典籍上有關(guān)發(fā)口月弓和箭的配載很多。易耀蘩辭上我：“黃帝堯舜作，
弦木為弧，剡木為矢�；∈钢�剩，以威天下。”‘世本E藐：“黃帝之臣牟夷作
矢�！碧�白陰翟上筑：“庖犧氏弦木為弓。”山海疆上就：“少吳生股始為弓。’’
孫卿子上靛：“隹作弓�！�’墨子上藐：“羿作弓。”殷契卜辭中也有彈和射等
字。若只根據(jù)這些記載看，按發(fā)明于黃帝時期藐，已在公元前2698年到2 599
年之同。其實，就晚近出土的實物看，比這可能還要早一些。因為在新石器時代
出土的實物中已桎有了石鏃。仰韶村發(fā)現(xiàn)的新石器時代的實物，除石鏃以外，更
有骨鏃、只鏃及角鏃等，呵兄當時已普濕使用了弓箭。時同杓在公元前三千年左
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右，印已構(gòu)有五千年的歷史。圖27表示安陽小屯出土的石鏃、骨鏃及具鏃。
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    圃27石鏃、骨鏃及只鏃
    （采原田淑人：支邢古器圃考，兵器篇）
    為了射出的距離更遠和同時射出的箭數(shù)更多，由弓又發(fā)展為弩。古史考上
說：“黃帝作弩�！�’周禮夏官也有關(guān)于弩的記載。若就出土實物看，羅振玉所著
的古器物裁小錄上載有“三代弩機’’的機身。漢魏兩代弩機實物出土的更多�？�
起來看，如果藐弩創(chuàng)始于黃帝的時候，恐怕失之太早。但陸懋德在1 927年清華
大學(xué)學(xué)報第四容第二期“由甲骨文考兄商代之文化,, -3上稱：“近時河南出土
銅制弩機，其古樸無字者或即商人遺物�！�’若斷定弩機發(fā)明在周代P前或周代初
年，卻已有三千年以上的歷史似乎是沒有多大誤差的。
    弩和弓不同的地方，第一，它不是在射箭的時候才臨時用手拉開，而是把弦
拉開先管在一個搬機上，等要把箭射出去的時候把機搬開，再由弓把箭射出
去。弦在搬機上扣著的n寸固可長可短。第二，用弓射箭時，拉開弓弦的力量多僅
限于一人的手力和臂力；用弩射箭，拉開弓弦的力量有用腳蹬的‘，’和卓膠的(。)
等等方怯。有時更把兩張弓或三張弓合成一個弩，不但力量可以比較大，用的人
數(shù)也可以比較多。圖2 8表示由多人用校卓張開的三弓駑。三弓弩和雙弓弩多裝
置l= (1)沈括：蘿溪簟談患第-”九，  “熙寧中（公元1068-1077年）李定獻偏架駑，,似弓而
    施蜍鐙，以箍距地而礞之。射三百步。能洞重札，r之種臂弓o”（宋）
缸(2)杜佑通典，“作軸蔣卓……捐之卓弩�！保�（唐）
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    圊28三弓弩
    （采茅元儀：武備志）
在一個床子上，所以也噼床子弩。圖的左部系多人搬動的較卓，下部表示拉弦的
糨索和打擊搬機的雄子。第三，因為弦上所儲蓄的彈力比較大，不但箭射的
遠，射的力量大，同時發(fā)出去的箭數(shù)也可以較多‘1）。
    以上所挽的各種弩，當發(fā)射的時候仍舊是用人力搬動搬機或敲擊搬機放開弩
弦，把箭射出。此外還有一種自動的裝置，或代替射獵，或射殺敵人，即把弩張
it (1)三圓志，蜀善三十五卷，糍葛亮傅，荏：“魏氏春秋日……義攝益洼弩，相之元戎。
    以跌為矢，矢是八寸。一弩卜矢俱登�！�
    信公亮：武桎總耍十三箍，“雙弓床弩，  前后各施一弓，  以輒蛐救強之。下施床承
    弩�！�…大者稷時用十靜人，  次者五七人�！�…三弓床弩，前二弓，盾一弓。張
    時凡百扦人�！�…其次者用五七f-人�！�…黎鐵斟予弦上，  斟中著常箭數(shù)-卜箋o凡
    一鼗可中數(shù){，人。”（宋）
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好以后，當獸類或敵人走近時，一觸機關(guān)，即被射中(1)。
    總之，所有彈、弓和弩，能夠把彈丸或箭射出去的力量都是利用彈力。
    2．  錐井機
    中國舊日的雛井機多采用一部分彈力。它的裝置和弓弩的道理有些相似，如
圖29所示。把一稠竹桴彎成弓狀，把維具的上端用桴或襁繁在弓弦的中蠲。當
圃29中圓錐井機
使錐具下行時，完全利用人力。不但使錐具向下錐，同時也使弓弦被拉下，儲蓄
一部分彈力。當維具需要上行時，即利用弓弦和竹樨的彈力拉它向上。我國舊
靛(1)史乳箍六秦始皇本祝：  “……葬始皇鄢山……令匠作機弩矢，有Pfr穿近者鞭射之o”
    余窿逮：稚西昆圈耗（昆邵潤懿舟率所至鬢刻），“槧矢條，蘗矢及鏃皆刨竹而成o
    鏃沾島頭汁，射中禽默立刻麻木而僵。若穴地褥小羊于下，機袢穴口。虎豹至，，
    以瓜攫羊，機動矢鼗，中其胸膏，行數(shù)武郡倒。”
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曰昕用彈棉花的彈弓和減布的腰機也是利用彈力的實例。圖30表示彈棉弓，
圖31表示腰機。
    圃．30彈棉弓
（采宋應(yīng)鹺：天工開物）
    3．彈簧
    我國利用彈簧的實例很多，最普通并且是種類很多的是簧鎖。如圖32所
示，把幾個彈簧片的一頭固定在一個金魘（銅或鐵）榫L-，使另一頭離開一定的
距離。當鎖時使各彈簧片由一個狄隘的開口擠入斂內(nèi)，由彈力自行展開，就自
動的鲼緊，如圖中A。  當要開時，用錦匙由下邊一個開口伸入，把簧片向金
嚼桴壓緊，如圖中B，就可以由原口推出來。更有一個很有意義的記載是北
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    圃31腰機
（采宋心星：天工開物’）
熬簧
圓32簧毀
匙
宋燕肅的一段故事。燕肅是我國二l匕宋時代的一位大科學(xué)家，他曾制成過指南卓和
遵花漏等。在歸Ff1錄和宣和面藉，E都記載著他信利用瑣簧把一個鼓環(huán)裝在鼓內(nèi)的
事(’。
    瑣簧的發(fā)明年代，還沒有得到很明確的記載，f日在蔡侯墓出二li的遺物里邊
已疆有“鎮(zhèn)形飾”，可知鐐的發(fā)明一定遠在春秋末年（即拘公元前500年）以
前。
    其次是一種lu}做袖箭的武器，用一個短箭的下端向下壓緊一個筒內(nèi)的彈簧，
再由一個搬機把它管住。用手把握在袖口以內(nèi)。當遇到敵人的時候，要想用箭射
他，就伸出手來，對準目標，搬動搬機，箭就由彈簧的彈力射出去。
at(1)歐隰修歸田緣：“燕蘸商謝宵ITj思。初為永興推官，知府寇榮公好舞柘枝，有一妓
    藏惜之，其環(huán)忽瞻。公碾然，以踴褚匠，皆奠知所為。燕薪j(luò)只環(huán)腳為毀蝥內(nèi)之，剮
    不盼矣�！�
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又在茅元儀武備志，火器圖稅上的棚子也表示一種彈簧的應(yīng)用，如圖33所示。
    蹴33捌子
（采茅元儀：武備志）
二．  慣力的利用
    我國對于慣力的應(yīng)用是相當早的。第一個
著名的實例是漢代張衡在順帝陽嘉元年（公
元1 32年）所發(fā)明的地動儀‘D。  關(guān)于這一項發(fā)
明，遠在八十年以前，日本和英國的學(xué)者就曾加
以研究。我國人慰于它的研究以王振鐔先生為
最早。他最后比較正確的推斷是假定所鍋“都
柱，，是一個I-粗下和的立柱，周圍裝著八個曲
梗桴。當?shù)孛嬉挥姓饎�，都柱就楹容易向震�?br /> 方向倒下去，壓在震源方向一個曲橙桴的下端。當靜止時如圖34左邊所示。
在每一個曲植桴的上端都裝著一個龍首的上額，  與下額相合街定一個銅丸。
當某一個曲檀桴的下端被都柱壓下時，龍首的上額就張開，F(xiàn)fi銜的鰨丸就下落到
正對著它的蟾蜍口中（如圖34右邊所示），  發(fā)出聲營，  使掌管的人知曉，  并
圓34張衡地震儀的主要機耩
  （根據(jù)王派鳋先生的推斷）
菇(1)后漠著卷八-九礞衡博：“翰嘉元年，復(fù)造陜凰地動儀。以精掘露威。圓徑八尺，
    合蓋隆起，形似酒镎�；骂抟宰�文山鉻島戥之形。cP有都柱，傍行八道，施關(guān)鼗機。
    外有八髓，首街銅丸。- F有蟠蜍，礞口西：之。其牙機巧剮皆隘在霉中。覆蓋周密無
    際，如有J動，尊則振，髓機鼗吐丸~ri譫蜍f之，振聲激錫，伺者因此覺知。雖一
    i鼗機而匕酋不動。霉其方呵，乃知震之F在。腧之以喜，臺契若神。”
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  就    子
  7上    '  蝴
  黲
m惟m…川…山
    靴
    下

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能辯明地震來源的方向。后來清代康熙七年（公元1663年）吳明炬又有一種類
似的劁蘸(1)。不過他是把都柱改為一個浚球。根據(jù)球在銅盤上滾動的方向以推斷
地震來源的方向。原理上也是利用慣力。其次是我國舊日所用的軋棉機(俗名軋
卓)。在它上邊由一個腳蹬的上下運動轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋�軸的迥轉(zhuǎn)運動的那一部分已徑
完金具備了飛輸?shù)淖饔谩Ｈ鐖D35所示，在一個桌上固定一個木架。架的上部橫
    圖35孰卓
裝著-個木軸，一個鐵軸。木軸在下，鐵軸在上。鐵軸上用一個鋼刀（俗名剩
刀）劃上若干小溝，使它的表面粗糙，以便易于抓住棉械。兩軸之蠲留有很小的
狹楗。木軸右邊一頭裝上一個小曲柄，由軋棉人的右手搏動它。鐵軸左邊的一頭
裝上一個飛榆（實際上多為一個十字形的木架，十字架的外端四個頭上各裝上一
個重木塊，轉(zhuǎn)動起來具有飛輸?shù)淖饔茫�。因為腳的力量只是蹬向下方，打算把腳
的力量傳到鐵軸上去使它糕糧迥蔣，  非有飛輸?shù)膸椭�不可。我們的先人能發(fā)明
這樣利用慣力的方法是很聰明的。它確實發(fā)明的時期還沒有找出來，但元代王禎
農(nóng)害上已有就載，可知最晚應(yīng)在公元1 3 1 3年（農(nóng)害寫成的年代）以前。更有一
注(1)康熙夾緣：“康熙七年（公元1663年）五月，…．t．歙天盛盟副吳明煊疏雷，……叉地
    震方向，各有所占。旃浩滾氈銅整一座，韭毆古上……�！�
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