第一节 力学知识

　　第一节 力学知识

　　关于力的性质和作用的认识

　　继春秋战国时期墨家学派对力进行定义（“力，刑之所以奋”）之后，秦汉时期对力的认识又有发展。在西汉刘安（前179—前122）组织编写的《淮南子》、《淮南万毕术》和东汉王充（27—约79）所著的《论衡》等著作中有许多精彩的论述。归纳起来约有以下几点：物体内力不能使物体自身发生运动：“力重不能自称，须人乃举。……古之多力者，身能负荷千钧，手能决角伸钩，使之自举，不能离地。”①这是关于物体的内力不能使物体自身产生运动的最早表述。

　　外力的作用因物体重量的不同而不同：“湍濑之流，沙石转而大石不移。何者？大石重而沙石轻也。……金铁在地，焱风不能动；毛芥在其间，飞扬千里。”①物体形状影响了物体的运动：“圆物投之于地，东西南北，无之不可，策杖叩动，才微辄停；方物集地，一投而止，及其移徒，须人动举。”②移动物体所需之力比举起物体所需之力少：“夫举重鼎者，力少而不能胜也；及至其移徙之，不待其多力者。”③就是说，移动物体要比举起该物用力少。这是从日常生活经验中就可得知的，但已隐含着对移动摩擦阻力问题的认识。此同先秦著作《考工记》中所提到的车轮着地须“微至”，以减少滚动摩擦阻力的认识相类似。

　　有锋刃的器具也须外力作用才能产生运动：“凿所以入木者，槌叩之也；锸所以能撅地者，跖蹈之也。诸有锋刃之器，所以能断割削者，手能把持之也，力能推引之也。”④如果没有外力，利器也不能发挥作用：“干将之刃，人不推顿，苽瓠不能伤；苽瓠之箭，机不动发，鲁缟不能穿。”⑤截面积对压力有直接影响，截面积越大，压力越小：“针锥所穿，无不畅达；使针锥末方，穿物无一分之深矣。”⑥ 关于“势”的概念

　　在先秦著作《孙子·势篇》中提出了“势”的概念，此概念包含了物理学中的动能和势能。如“激水之疾，至于漂石者，势也”，指的是动能；“转圆石于千仞之山者，势也”，指的是势能；“势如彍弩，节如发机”，指的是弹性势能。至秦汉时期对于“势”的概念亦多有论述。如“夫舟浮于水，车转于陆，此势之自然也。”①“夫七尺之桡，而制船之左右者，以水为资。天子发号，令行禁止，以众为势也。”②“是故得势之利者，所持甚小，其存甚大；所约甚守，所制甚广。是故十围之木，持千钧之屋；五寸之键，制开阖之门。岂其材之巨小足哉，所居要也。”③十围之木与五寸之键，巨小悬殊，但因五寸之键居于要处，故其用甚大。对于弓矢之势，视远近而有别：“矢之于十步，贯兕甲；及其极，不能入鲁缟。”注云：“言势有极。”④就是说，矢至最大射程时，动能为零（势有极），虽薄如鲁缟，亦无力穿入。

　　 对浮力的认识和利用

　　对水浮力：远古时代已有舟楫，因而对水浮力早有所认识。秦汉时期造船业具有一定规模，水浮力在实践中得到广泛的利用。如“抱壶而渡水”⑤，“鸿毛之囊，可以渡江。”⑥也就是说，空壶和装满鸿毛的皮囊，可以助人渡江。这可看成是后世救生圈、救生衣的滥觞。人们还从竹和金属相比较角度对水浮力进行探讨：“长竹之性浮，残以为牒，束而投之水则沉，失其体也；金之性沉，托之于舟上则浮，势有所支也。”⑦秦汉时期对空气浮力也有一定的认识。相传帝舜曾借助于空气浮力而免于死难。因舜父瞽叟偏爱后妻子，常欲杀舜。有一次，瞽叟让舜上粮仓（廪）修顶，“瞽叟从下纵火焚廪。舜乃以两笠自扦而下，去，得不死。”①王莽时为抗击匈奴，特招募“有奇技术可以攻匈奴者，……或言能飞，一日千里，可窥匈奴。莽辄试之，取大鸟翮为两翼，头与身皆著毛，通引环纽，飞数百步坠。”②这是人类第一次仿生滑翔飞行的大胆尝试。

　　 对于表面张力的认识

　　秦汉时期，人们已注意观察液体的表面，记载了一种属于液体表面强力的现象。《淮南万毕术》云：“首泽浮针。”高诱注：“取头中垢以涂针，塞其孔，置水即浮。”因头垢有油脂，涂在针表面，并塞其孔，钟与水便不浸润，当针足够轻的时候，由于水的表面张力的作用，便能使针浮于水面。这是关于表面张力的最早记载。其后晋葛洪说：“头垢犹足以使金铁浮水，况妙于兹乎？”③即是指表面张力现象。

　　 对大气压力的利用

　　有关利用大气压力的具体例子突出表现在制造虹吸管上。东汉灵帝中平年间（公元184—189年），掖庭令毕岚曾作“翻车”、“渴乌”，李贤等注云：“翻车，设机车以引水；渴乌，为曲筒，以气引水上也。”①渴乌就是利用大气压力而制成的虹吸管。此种虹吸管自汉代以后，历代都有制造。

　　关于运动问题，汉代有一段非常精彩的论述：“地恒动不止，人不知，譬如人在大舟中，闭牖而坐，舟行，不觉也。”②这段话清楚地表明了地动思想和运动相对性思想，是十分可贵的。可惜的是，这两种重要思想未受到后世应有的重视。

　　

　　①《论衡·效力》。

　　①《论衡·状留》。

　　②《论衡·状留》。

　　③《淮南子·主术训》。

　　④《论衡·效力》。

　　⑤《论衡·效力》。

　　⑥《论衡·状留》。

　　①《淮南子·主术训》。

　　②《淮南子·主术训》。

　　③《淮南子·主术训》。

　　④《淮南子·说林训》。

　　⑤《淮南子·说林训》。

　　⑥《淮南万毕术》。

　　①《史记·五帝本纪》。

　　②《汉书·王莽传》下。

　　③《抱朴子·登涉》。

　　①《后汉书·张让传》。

　　②《太平御览》卷三六引《尚书纬·考灵曜》。