中国古代物理知识的代表作
中国古代物理知识的代表作
    在中国古代，物理学虽一直没有从哲学和自然科学中分化出来成为一门独立的科学，然而通过含有物理知识的哲学、自然科学和科技知识等著作的流传和有关的教学活动，物理知识还是不断地在社会上传播，仍然得到了一定的发展，并在其运用中还有许多举世闻名的发明创造，以致今天人们在追寻物理教学的历史渊源时，不能不看到它们在中国的黄土地上已有最早萌发的绿芽。这里，我们仅对古代在传授物理知识方面比较突出的著作中的主要物理内容及其运用物理知识的典型事例，作一扼要的介绍。
    一、《墨经》
    《墨经》是墨家学派的著作，也是他们进行私学教育的教材。《墨经》中有关物理知识的内容，主要是在力学和光学方面。
    1.力学方面
    《墨经》中对时间和空间概念分别作了正确的定义。如“久，弥异时也”。“宇，弥异所也”。就是说，时间是不同时候的通称。空间是包括各个方面的一切地点。并区分了时间和时刻的
概念，如“始，当时也。”“时，或有久，或无久。始，当无久。”就是说，时间可分为“持续（有久）的”和“非持续（无久）的”，即瞬时的两种。“开始”则属于“无久”的瞬时的那一种。墨家又把机械运动定义为“动，或（域）徒也”。意思是说，运动乃是物体空间位置的变动。
    《墨经》中对力的概念提出了初步的论述。“力，刑（形）之所以奋也。”即是说，力是使物体开始运动或加快运动的原因。《墨经》中还进一步把重量与力联系了起来，“力，重之谓。下与（举），重，奋也”。显然它指出了物体的重量也是一种力。并说明物体下落或向上举时，都有力的作用。墨家以桔槔和秤的工作原理为例，总结了杠杆的工作原理，提出了“本（重臂）”、“标（力臂）”、“权”、“重”等概念，论述了等臂杠杆和不等臂杠杆的平衡条件，并指出“挈，长重者下，轻短者上。”即杠杆的平衡，不但取决于两物的重量，还与“本”、“标”的长短有关。可见墨家已知道了可以用两种方法来调节杠杆的平衡，并已进行了杠杆原理的探讨。
    墨家还叙述了斜面上的物体失去平衡的道理，以及利用斜面来提升重物的方法。他们曾设计了一种装着滑轮的前低后高的斜面车，称为“车梯”，用来载重物沿斜面不断升高，以节省人力。
    2.光学方面
    《墨经》从早为人们认识的光的直线传播原理出发，首先提出了影与光、物之间的关系。如“景不徙，说在改为。”就是说影是不动的，为什么有时看到影在移动呢？这是由于光源（或物体）移动而使影改变位置的缘故。接着对本影和半影及影子的大小跟光源、物体的关系等等作了论述，如“景二，说在重。”“景之大小，说在迆正、远近。”这两句分别是说，两种阴影区之所以形成，是由于两个光源的光线照射到同一物体上，在物体后面产生的两个阴影区互相重叠的结果。同一物体之影所以会有时大有时小，是由于光线照射于该物体有时斜、有时正，以及光源离物体有时远、有时近的缘故。又如“景倒，在午有端，与景长，说在端”，指出了小孔成像之所以倒立，是由于光线在小孔处交叉，至于像的长短，则于小孔的位置有关。并进一步说“光之人照若射。下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成景于上；首蔽上光，故成景于下。在远近有端与于光，故景库内也。”具体解释了小孔成像的原因。
    《墨经》还介绍了平面镜成像，叙述了凹面镜、凸面镜成像的规律，如“低，景一小而易，一大而正，说在中之内外。”即凹面镜可以生成一个倒立缩小的实像，或一个正立放大
的虚像，原因是由于人在球面中心和焦点之外还是之内。又如“团，景一。”即物体不管离凸面镜的距离远近如何，凸面镜只可以生成一个正立缩小的虚像。可见，墨家私学不仅相当系统地研究和传授了几何光学方面的知识，得出了精辟的见解和结论，而且在研究和传授中已运用了观察、分析和科学实验的方法。
    此外，墨翟曾在地下设瓮，利用共鸣现象，探查敌方挖洞攻城的计谋。到宋代曾公亮，在他的《武经总要》中，把这种方法称为“瓮听”，这是声学效应在军事中的应用。
    二、《考工记》
    《考工记》是春秋战国时期齐国人的一部科技著作。它是我国古代一部手工技术规范的汇集。全书所论包括了当时手工业的主要工种，并在论述各种手工技术的同时，还阐述了其科学道理。经分析可以看到在描述每一项手工技术的文字中都包含了一定的物理知识，其中主要是力学和热学方面。
    1.力学方面。《考工记·轮人篇》在论述车轮制造时，以受力、运动和不同接触地面的影响等因素出发，在讲到轮子的形状与运动快慢之间的关系时说：“凡察车之道……不微至，
无以为速也”。“微至”是指轮和地面的接触面积少。就是说，车轮与地面接触少，就容易转得快。那么，怎样才能达到“微至”呢？它接着指出：“欲其微至也，无所取之，取之圜（圆）。”即要尽量把轮子做成理想圆。这是在实践中对滚动物体的滚动速度与滚动物体的接触面积大小有关的经验总结，是符合近代摩擦理论的。在论述如何检验轮子各部分是否做得均匀时，它说：“楺辐必齐，平沈（沉）必均。”“水之以眡（视）其平沈之均也。”这里水之，即浸入水中，如果“平沈”即浮沉相同，则轮子各部分必定是均匀的，就符合制作轮子的要求了。这是浮力原理在制造轮子中的应用。在论述到轮子大小对拉力（牛或马）的影响时，它说：轮太矮，马就老在上坡一样。从现在力学知识看，当轮太低时，辕与地面成一角度，马除了要克服运动阻力外，要承受部分重力，因此马总象上坡一样费劲。这是实践中对斜面受力的一种极好的分析。
    《考工记》还分析了与弹道有关的技术。它在《矢人篇》中说：“水之以辩其阴阳，以设其比，夹其比以设其羽，参分其羽，以设其刃，则虽有疾风，亦弗之能惮矣。”这就是说，为了要使箭在飞行中保持稳定，采取了把箭上的羽毛按一定比例对称地安排，然后加上箭头，则在飞行中就不怕风的影响了。接着又说：“前弱则俛（俯），后弱则翔（仰），中弱则纡（纡絗旋转之意），中强则扬。”“羽丰则迟，羽杀则。”这说明了箭杆如果前轻后重，
或前重后轻，都会影响飞行的高度；中间轻重配置不当，会影响飞行的稳定性；羽毛太多，则飞行速度慢。而羽毛太少，则箭容易落向旁侧，射不到目的物。
    《考工记》最早作出了关于物体惯性的论述。在《辀人篇》中说：“劝登马力，马力既竭，辀尤能一取焉”。意思是说，马拉车的时候，马已停止用力了，但车还能前进一段路程，这里指出了物体的一种基本属性——惯性，这也是世界上对惯性现象的最早论述。
    2.热学方面
    《考工记》中论述的热学知识，是很有实际意义的。它说：“凡铸金之状，金（铜）与锡，黑浊之气竭，黄白次之，黄白之气竭，青白次之，青白之气竭，青气次之。然后可铸也。”指出了冶炼金属时加热后先呈暗红，温度渐高，依次是呈橙、黄、白、最后是青。这是因为金属里含有碳、钠一类的杂质，不同物质有不同的汽化点，所以可以根据汽化物质的颜作为判断火候或温度高低的标准，最后达到“炉火纯青”，就可以浇铸了。这个从实践中总结出来的区别冶炼金属程度的实际知识，传至今日，仍为冶炼工人所利用。
中国历史知识    三、《论衡》
    《论衡》是东汉王充所著，内容十分丰富，其所述的物理知识，也较之《墨经》有十分明显的充实和发展。
    1.力学方面
    王充在对物体的运动进行了仔细观察的基础上，在《论衡》中指出了人的视觉，在观察物体的运动快慢时会造成错觉的原因和如何量度物体运动的快慢。他在《论衡》中说：“天行已疾，人去高远，视之若迟。盖望远物者，动若不动，行若不行；何以验之？乘船江海之中，顺风而驱，近岸则行疾，远岸则行迟，船行一实也，或疾或迟，远近之视使之然也。”说明是由于观察者离运动物体远近不同，因而感到它的快慢也就不同了的道理。这也说明王充已知道了视角差对于观察物体运动快慢的影响。在关于运动的快慢上，又说“日昼行千里，夜行千里，麒麟昼日亦行千里，然则日行舒疾与麒麟之步相类似也。”意思是太阳和麒麟在日间运动的快慢相比是一样的，说明已有了现代物理学中“速率”概念之萌芽。
    关于力和运动的关系，说：“是故车行于陆，船行于沟，其满而重者行迟，空而轻者行疾，”“任重，其进取疾速，难矣。”又说“古之多力者，身能负荷千钧。①乎能决角伸钩，使之自举。不能离地。”显然已不仅知道在外力的作用下，若外力大小一定，则物体越重，要
它开始运动，或使之运动状态发生变化就越难。这显然是现在称之为牛顿第二运动定律的萌芽，而且还认识到内力不能改变物体运动状态这一事实。
    2.声学方面
    在《论衡》中有：“生人所以言语呼吁者，气括口喉之中，动摇其舌，张歙其口，故能成言。譬犹吹萧笙，萧笙折破，气越不括’手无所弄，则不音。夫箫之管犹人之口吞也，手弄其孔犹人之动吞也。”又说：“令人操行变气远近，宜与鱼等，气应而变，宜与水均。”可见他已认识到人发声是使空气振动而产生的，并将声音在空气中的传播用可见的水波的传播来作了比喻。这种比喻，在今天的物理教学中，在讲光的干涉和衍射时，不是仍然在运用吗？在这里，还应特别予以注意的是王充实际上已指出了振动的传播要通过媒质。
    3.热学方面
    《论衡》中有“夫近水则寒，近火则温，远之渐微，何则？气之所加，远近有差也。”“云雾，雨之征也，夏则为露，冬则为霜，温则为雨，寒则为雪，雨露冰凝者，皆由地发，不从天降也。”这些论述可以说明，王充不仅用“气”来解释热现象，指出热传递与距离远近的
关系，而且对自然界中雨、露、霜、雪的成因也进行了研究，指出了它们都是地面上的水蒸发所致，所以实质上他已进入了物态与温度之间的关系的研究。可见，王充对热现象的观察和分析是十分细致深入的，这种运用观察、分析的方法对现在的物理教学和科学研究，都有指导意义。
    4.电磁方面
    关于摩擦起电的现象，西周末年已有“玳瑁吸褡”的记载。（玳瑁是一种跟龟极相似的海生爬行动物，产于中国沿海地区，它的甲壳黄褐，光滑、有黑斑，是一种绝缘体，故摩擦能生电）。在《论衡》中，对这现象作了进一步的解释：“顿牟拾芥，磁石引针，皆以其真，不假他类，他类肖似，不能掇取者，何也？气性异殊，不能相感动也。”这里顿牟即玳瑁，王充用气性相同，也就是性质相同来解释上述相互吸引的现象，和气性不同，即性质不同来解释别类物体不能“感动”的原因。
    对于“雷电”现象：“夫雷之发动，一气一声也。”即不过是一种气和一种声而已。那么，为什么会有声呢？他以“人伤于寒，寒气入腹，腹中素温，温寒分争，激气雷鸣。”为喻，认为是不同的气相互激发出来的。可见，王充认识到雷电也是物质的，也是自然界的一种变化
现象。

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