中国古代的简单机械

我国古代的农用机械我国是世|界上最|早利用机械装置的国|家之一.大约1万年前,开始使用了弓箭,3000多年前的商代,已经开始使用轮轴原理制造车辆.春秋战国时期,桔槔的广泛使用,标志着杠杆原理的广泛应用.汉代以后综合应用多种机械原理的大型机械开始使用.一、桔槔桔槔是我国古代提水的器具,创造于春秋时期.<庄子>一书记载：孔子的弟子子贡路过汉阴,向一老农介绍说："有一种汲水的器械用力小,成效大,可日灌四百畦〞.他介绍的就是这种名叫桔槔的汲水器具,结构如下图.它利用杠杆的原理,在一根竖立的架子上加上一根细长的杠杆,中间是支点,末端悬挂一个重物,前段悬挂水桶.当人把水桶放入水中打满水以后,由于杠杆末端的重力作用,便能轻易把水提拉至|所需处.桔槔的使用节省了人力,大大提高了劳动生产率.二、水碾水力碾是魏晋南北朝时创造的谷物加工机械,用于谷物脱壳或去麸.水碾是中古时期较为先进的生产加工工具,特点主要是在技术上充分利用水利资源,借助水力带动碾硙进行加工生产.水碾的根本结构是在一扇大磨盘中设中轴,并装一根横轴,横轴一端装一个滚轮,利用水轮带动轴转,使滚轮滚动起来产生摩擦,将谷物进行脱壳或去麸.如图是元|王祯<农书>中描绘的水碾.三、辘轳辘轳是从杠杆演变来的汲水工具.早在公元前一千一百多年前,中|国已经创造了辘轳.到春秋时期,辘轳就已经流行.辘轳的主要部件是一根短圆木,上绕绳索,圆木可环绕其固定轴而转动.在工业方面,有使用牛力带动辘轳,再装上其他工具用来凿井或汲卤的.四、水排水排可谓一种较复杂的机械.杜诗创制的水排,不仅运用了主动轮、从动轮、曲柄、连杆等机构把圆周运动变为拉杆的直线往复运动,还运用了皮带传动,使直径比从动轮小的旋鼓快速旋转.它在结构上,已具有了动力机构、传动机构和工作机构三个主要局部,因此实际上可以看作是现代水轮机的前身,水排的出现标志着中|国复杂机器的诞生.远在一千四百多年以前的今天,就能创制出这样完整的水力机械,真正显示了中|国古人的高度智慧和创造才能,在世|界科技史上占有重要的地位.在欧洲,使用水力鼓风设备的鼓风炉到公元十一世纪才出现,而普遍使用那么是到了十四世纪.水力鼓风有十分重要的意义,它加大了风量,提高了风压,增强了风力在炉里的穿透能力.这一方面可以提高冶炼强度,另一方面可以扩大炉径,加高炉身,增大有效容积,这就大大地增加了生产能力.水排的创造是人类利用自然力的一次伟大胜利.中|国古代对简单机械的认识和应用杠杆、滑轮,物理学上称作简单机械.杠杆的使用或许可以追溯到原始人时期.当原始人拾起一根棍棒和野兽搏斗或用它撬动一块巨石,他们实际上就是在使用杠杆.石器时代人们所用的石刃、石斧,都用天然绳索把它们和木柄捆绑在一起,或者在石器上凿孔,装上木柄.这说明他们在实践中懂得了杠杆得经验法那么：延长力臂可以增大力量.1．杠杆在中|国的典型开展──秤(天平)杠杆在中|国的典型开展是秤的创造和它的广泛应用.在一根杠杆上安装吊绳作为支点,一端挂上重物,另一端挂上砝码或秤锤,就可以称量物体的重量.古代人称它"权衡〞或"衡器〞."权〞就是砝码或秤锤,"衡〞是指秤杆.迄今为止,考古开掘的最|早的秤是在长沙附近左家公山上战国时期楚墓中的天平.它是公元前四到三世纪的制品,是个等臂秤.不等臂秤可能早在春秋时期就已经使用了.古代中|国人还创造了有两个支点的秤,俗称铢秤.使用这种秤,变动支点而不需要换秤杆就可以称量比拟重的物体.这是中|国人在衡器上的重大创造之一,也说明中|国人在实践中完全掌握了阿基米德杠杆原理.<墨经>一书最|早记述了秤的杠杆原理.<墨经>把秤的支点到重物一端的距离称作"本〞(今天通常称"重臂〞),把支点到权一端的距离称作"标〞(今天称"力臂〞).<墨经·经下>中说：第|一,当重物和权相等而衡器平衡时,如果加重物在衡器的一端,重物端必定下垂；第二,如果因为加上重物而衡器平衡,那是本短标长的缘故；第三,如果在本短标长的衡器两端加上重量相等的物体,那么标端必下垂.("衡,加重于其一旁,必垂.权、重相假设也相衡,那么本短标长；两加焉,重相假设,那么标必下.〞)墨家在这里把杠杆平衡的各种情形都讨论了.他们既考虑了"本〞和"标〞相等的平衡,也考虑了"本〞和"标〞不相等的平衡；既注意到杠杆两端的力,也注意到力和作用点之间的距离大小.虽然他们没有给我们留下定量的数字关系,但这些文字记述肯定是墨家亲身实验的结果,它比阿基米德发现杠杆原理要早约二百年.2．桔槔桔槔是在一根竖立的架子上加上一根细长的杠杆,当中是支点,末端悬挂一个重物,前段悬挂水桶.当人把水桶放入水中打满水以后,由于杠杆末端的重力作用,便能轻易把水提拉至|所需处.桔槔早在春秋时期就已相当普遍,而且延续了几千年,是中|国农村历代通用的旧式提水器具.3．滑轮滑轮,古代人称它"滑车〞.应用一个定滑轮,可改变力的方向；应用一组适当配合的滑轮,可以省力.至|少从战国时期开始,滑轮在作战器械、井中提水等生产劳动中被广泛应用.最|早讨论滑轮力学的还是<墨经>.<墨经·经下>把向上提举重物的力称作"挈〞(qí),把自由往下降落称作"收〞,把整个滑轮机械称作"绳制〞.<墨经>中说：以"绳制〞举重,"挈〞的力和"收〞的力方向相反,但同时作用在一个共同点上.提挈重物要用力,"收〞不费力,假设用"绳制〞提举重物,人们就可省力而轻松.("挈与收反.〞"挈,有力也；引,无力也.不必所挈之止于施也,绳制之也.〞)又说：在"绳制〞一边,绳比拟长,物比拟重,物体就越来越往下降；在另一边,绳比拟短,物比拟轻,物体就越来越被提举向上.("挈,长重者下,短轻者上.〞)又说：如果绳子垂直,绳两端的重物相等,"绳制〞就平衡不动.("绳下直,权重相假设那么正矣.〞)如果这时"绳制〞不平衡,那么所提举的物体一定是在斜面上,而不是自由悬吊在空中.我们对于墨家的丰富的力学知识不能不赞佩!4．辘轳滑轮的另一种形式是辘轳.把一根短圆木固定于井旁木架上,圆木上缠绕绳索,索的一端固定在圆木上,另一端悬吊水桶,转动圆木就可提水.只要绳子缠绕得当,绳索两端都可悬吊木桶,一桶提水上升,另一桶往下降落,这就可以使辘轳总是在做功.辘轳大概起源于商末周初(公元前十一世纪).据<物原>记载："史佚始作辘轳〞.史佚是周代初期的史官.早在公元前一千一百多年前中|国已经创造了辘轳.到春秋时期,辘轳就已经流行.辘轳的制造和应用,在古代是和农业的开展紧密结合的,它广泛地应用在农业灌溉上.辘轳的应用在我国时