回新客星站首頁  中國古代科技成就

  呂應鐘

 

◎ 中國古代的力學

  中國古代力學程度到底如何,實在很難測度。若以引水灌田所用的桔 為例,那是利用槓桿原理,可見力的應用在我國民間已很普遍。
  老子曾說過:『小國寡民,使有什佰人之器而不用。』話中所謂的『什佰人之器』就是『什佰倍人力的機械』,可見老子所說的小國器械就是一種未知的起重機。周朝時已有十百倍人力的機械,可謂力學程度相當高了。
  墨子以輕木製木鳶,使之凌厲長空,就是充分知曉合力、合力的原理;他又常頌讚『車輗引重』的技巧,也是利用分力的例。
  周朝時代已知物質重心的求法,並用以製造『敲器』,按『通俗文』所稱:『以箸取物曰欹』,敧就是欹,『荀子宥坐篇』云:『孔子觀於魯桓公之廟,敧器焉,孔子問於守廟者曰:「此為何器?」守廟者曰:「此蓋為宥坐之器。」孔子曰:「吾聞宥坐之器者,虛則敧,中則正,滿則覆。」孔子顧謂弟子曰:「注水焉!」弟子挹水而注之,中而正,滿而覆,虛而欹,孔子喟然而歎曰:「吁!惡有滿而不覆者哉!」』
  敧器在漢初仍很盛行,到了晉朝就毀棄了。晉武帝時有個叫杜預的曾仿製過,很受晉武帝的稱讚。敧器就是利用重心的原理,當水滿時重心上行,以玉傾覆。
  《墨經》上說過:『……均懸輕重而髮絕不均也,均其絕者莫絕。』絕,就是物體的重心所在,也就是重力所貫注之點,如果重力不集中一點,用繩子懸掛,就會傾斜不均,如懸在重心上率彼此平均。由此可知墨子已佑重力作用集於一點的原理。
  槓桿原理,墨子也說過:『衡加重於一旁必棰。』棰就是下垂。槓桿平衡後,加重的那一邊必然下垂。對於力和力距的關係,他說:『權重若也,相衡則本短標長,兩加焉,重相若則標必下,標得權也。』乍看這些話難以理解,但如果換成現代話語,將句中的『權』視為『重物』;『重』視為『重錘』,他們拿一段桿子,隨意綁上繩子吊起秤的樣子,將重錘綁在桿子一端,將重物綁在另一端,則綁重錘這一段的桿子稱為『本』,另一段稱為『標』,本加標就是桿子全長。我們就可將墨子的話換成:『重物和重錘相當而重錘稍重,在桿子平衡時,本會較短而標較長。兩頭各加上等重的東西,則標這一端會下垂,則標得到較大的力。』用公式寫成就是:

重錘 × 本(力距)=重物 × 標(物距)

  我國古代樂器中有『磐』,形狀很不規則,根據清朝儒人程瑤田等人的研究,古代的磐都是直懸的,要讓形狀不規則的磐直懸,必先求得磐的重心,根據『考工記』所云:『磐氏為磐,倨句一距有半,其博為一,股為二,鼓為三,參分其股博,去一以為鼓博,參分其鼓博,以其一為之原。』可知古人已佑求磐重心的方法,古代力學程度之高,可見一斑。
  加相摩擦會損,在周朝似已知曉,因《莊子》一書有云:『風之過河,也有損焉;日之過河,也有損焉』意指風(空氣流動)吹過河面,必與水面相摩擦,故言有損。而太陽照射河面,熱量會被水吸收,故也有損。
  《列子》書中提過:『周穆王時,偃師獻幻人,官體均能運動。』若治史的人相信這段記載為真,那麼我們可以說周朝已有機器人了,光憑這點,可以證明古代力學的高超似勝近代。
  周末時的機械學、力學必然相當可觀,然而後世多不傳,探究其原因,理由有三:
  一、古人重視本業輕視雜技:《禮王制》中有云:『作奇技淫巧以惑眾者殺』,這是相當重的刑法,導致『幻人』『木鳶』無傳於後世。
  二、古人重視倫理不重物理:使得孔子觀太廟的敧器不屑被人談及,而失傳。
  三、古人重視藝術不重學術:所以物體重心的求法不為人所重視,只知求得磐的美妙聲音,相當可惜。

原載於 1979 年 6 月 29 日《民族晚報》
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