１）力学方面

①《考工记》一书中的有关记载。这是一本现存的有关我国古代手工业

技术规范的书籍，可能是春秋时代（公元前７００至４００年）末年的作品。

它记述了许多手工业的工艺制作与设施，汇集了至公元前３、４世纪时的工

程技术知识。其中包含的力学知识，主要有：关于惯性的记载、滚动摩擦的

论述、论箭的飞行与保持稳定，还记述了有关力的测量、斜面受力分析以及

材料和施工中的一些软科学知识。

②《墨经》中有关力学知识的记载。《墨经》战国时代以墨翟（公元前

４９０至４０３年）为首的墨家的代表作，分为“经”与“经说”两大部分。

经说是经的注解。前者的内容大多是一些定义性质的条文，后者则带有定律

的性质的解释。

《墨经》中的软科学知识已不全是实际生产知识的总结和记述，而是对

力学现象进行了粗浅的概括，并进行了一些推理论证。诸如，关于时空观念、

运动学知识、力的概念、力系平衡的论述，以及斜面、滑轮及其应用，等等。

现举一条关于杠杆的理论探讨以兹说明：

经下第２５条：“天（衡）而必正，说在得。”

经说：“（衡），加重于一旁，必捶（垂），权重相若也。相衡，则本

短标长，两相加焉，重相若，则标必下，标得权也。”

这一条说明了不等臂天平（秤）的平衡关系。可能是墨家探讨杠杆平衡

关系的实验总结，说明墨家发现杠杆定律较之古希腊的阿基米德要早二百多

年。但并没有阿基米德杠杆定理那样完整和定量化。

③侯风地动仪。这是东汉张衡（公元７８至１３９年）所制的世界上第

一台地震仪。《后汉书张衡列传》上有下面一段记载：“（顺帝）阳嘉元年

（即公元１３２年），复造侯风地动仪。以精铜铸成，圆径八尺，合盖隆起，

形似洒尊，饰以篆文山龟乌兽之形。中有都柱，傍行八道，施关发机。外有

八龙，首衔铜丸；下有蟾蜍，张口承之。其牙机巧制，皆隐在尊中，覆盖周

密无际。如有地动，尊则震，龙机发，吐丸而蟾蜍衔之，振声激扬，伺者因

此觉知。虽一龙发机，而七首不动。寻其方面，甩乃知震之所在。验之以事，

合契若神。自书典所记，未之有也。当一龙机发而地不觉动，京师学者咸怪

其无征。后数日驿至，果地震陇西。于是皆服其妙。自此以后，乃令史官记

地动所从方起”。

显然，这是一种测定震源方向的仪器。可惜，后来这架地动仪失传了。

我国考古博物学家王振铎在总结国内外学者复制研究工作的基础上，根据书

上的记载和力学原理满意地复制成功了侯风地动仪的复原模型，它主要是一

个利用了重心很高的“都柱”的不稳平衡。从这个仪器的制造来看，张衡已

利用了力学上的惯性原理，同时他对地震波传播和方向性也一定有所了解。

这些在当时来说都是十分了不起的。

④记里鼓和指南车。这是三国时魏人马钧根据以前的记载模仿制成的两

种利用各种齿轮的复合运动传动的自动机构。记里鼓是利用原动齿轮带动大

小不同的一套从轮，使车轮转动把车行的里数自动地表示出来的一种装置。

指南车是利用一套能自动离合的齿轮系统的定向装置，使得立在车上的一个

木制人像的手永远指着固定的方向。关于这两种装置的结构，在刘仙洲教授

著的《中国机械工程发明史》第一编第五章中有较详细的介绍。答案补充 （２）光学方面

关于光学知识的记载以《墨经》经下中的八条（１６至高无２３）最为

系统。其内容涉及影子生成的道理，本影和半影，由物体与光源的相对位置

确定影子的大小，光的直线传播实验，光的反射性和平面镜成像，凹面镜成

像，凸面镜成像等。它已触及了几何光学很大一部分，从时间上看要比古希

腊欧几里德注《反射光学》早一百多年，所以，《墨经》中的光学条文，不

仅是我国最早的光学著作，也是世界古代科技史上难得的各较全面的光学著

作。

三．力学成就

《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。”“水之以视（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。

东汉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，王充说：“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。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。

漏水运转浑天仪和候风地动仪，是东汉张衡（公元78—139年）根据物理的力学原理先后制成的。它们分别在天象和地震观察上发挥了作用。漏水运转浑天仪是一台自动测示天象的仪器，它以一空心铜球表示天球，天球画有星座和黄道、赤道，紧附在天球外的有地平环和子午环等，天球可以支架在子午环上绕天轴转动。另外把计量时间的漏壶与浑象联系起来，即利用漏壶的等时性，以漏壶漏出的水为原动力，再通过浑象内部装置的齿轮等使传动和控制设备，以使浑象每日均匀地绕天轴旋一周从而达到自动地、近似正确地演示天象的目的。候风地动仪以精钢制成，形似酒尊，里面均匀排列八根“都柱”——上粗下细的立柱。由于都柱重心高，当地面一有震动，就极容易向震动方向倒下。尊外相应地设置八条口含小铜球的龙，每个龙头下面都有一只蟾蜍，昂首张口（见插页图5）。当某一都柱倒下时，就带动了连接的龙，使龙口张开，所含的铜球落下到其下面的蟾蜍口中。因此观察落下的铜球的方位，就可判断地震发生的方向。

　　在运动的相对性概念方面，晋天文学家束皙（261～303年）说过：“乘船以涉水，水去而船不徙矣”（《隋书·天文志》）；晋葛洪（283～363年），号抱朴子，在其著作《抱朴子·内篇·塞难》中说：“游云西行，而谓月之东驰。”《晋书卷十一天文志》更将这一相对运动的思想用于解释天体运行：“天旁转如推磨而左行，日月右行，随天左转，故日月实东行，而天牵之以西没。譬之蚁行磨石之上，磨左旋而蚁右去，磨疾而蚁迟，故不得不随磨以左回焉。”有极大价值的是至少成书于东汉时代的《尚书纬·考灵曜》（著者不详，收入明代孙毅编纂的《古微书》卷一《尚书纬》），该书在提出“地有四游，冬至地上行北而西三万里，夏至地下行南而东三万里，春秋二分是其中矣”的同时，提出了著名论断：“地恒动而人不知，譬如闭舟而行，不觉舟之运也。”这种对运动相对性的观点，《考灵曜》比伽利略的《对话》至少早约1500年。此观点说明我国古代物理思想达到过的高度。

中国是世界文明发达最早的国家之一，物理学在中国有悠久的历史。

一 中国古代物理学史概述

二 力学

1 杠杆原理

2 滑轮与辘轳

3 尖劈与斜面

4 重心与平衡

5 力

6 刻舟求剑

7 浮力与比重

8 陀螺与平衡环

9 弹性变形与弹性定律

10 横梁的学问

11 大气压

12 空气动力学及飞行幻想

三 声学

四 光学

五 电与磁

六 热

先秦时期的伟大哲学家墨翟(约公元前468-前376)及其墨家学派 (公元前4世纪-公元前3世纪)在他们的论着《墨经》中记述了大量的物理知识，这是春秋战国时期物理学成就最大的学派，《墨经》的主要成就在力学与光学方面。它探讨了力的定义，叙述了惯性运动，研究了杠杆、滑轮、轮轴、斜面等装置省力的原因，以及浮力与平衡原理，指出了光的直线传播及反射规律以及小孔、平面镜、凹凸面镜的成像情况；观察了温度与火色的关系。同时期的《考工记》是应用力学、声学方面的书，记载了滚动摩擦、斜面运动、惯性现象、抛物轨道、水的浮力、材料强度以及钟、鼓、磬的发音、频率、音色、响度及乐器形状的关系。这时期的《管子·地数篇》、《鬼谷子》、《吕氏春秋》等书中还记载了天然磁石的吸铁现象以及最早的指南针“司南”。

汉代王充(27～约97)的《论衡》是中国中古时期的百科全书。在力学方面指出外力能改变物体的运动状态，改变运动速度。而内力不能改变物体的运动，还讨论了相对运动，在声学方面研究了声的发生、传播与衰减，并用水波做比喻。在热学方面研究了热的平衡、传导及物态变化。在光学方面阐述了光的强度、光的直线传播及球面聚焦现象。在电磁学方面记录了摩擦起电及磁指南器。

在唐代，《玄真子》中记叙了人造虹的简单实验：“背日喷水”。唐人将风力分为八个等级。了解到共鸣的道理并应用于音乐中，并指出了雷与电的关系。

宋代沈括(1031-1095)的《梦溪笔谈》具有很高的科学价值，被称为 “中国科学史上的坐标”，其主要成就是在声学、光学、磁学方面。他研究了声音的共振现象、针孔成像与凹凸镜成像规律，形象地说明了焦点、焦距、正倒像等问题；研究了人工磁化方法，指出了把磁场的磁偏角，讨论了指南针的装置方法，为航海用指南针的制造奠定了基础。他还研究了大气中的光、电现象。

元代的赵友钦(1279-1368)在《革象新书》中研究了光的直进、针孔成像，利用模拟实验研究月亮盈亏以及日、月蚀。他擅长用比喻解释自然现象，使之生动、形象，易于被人们理解。

在明、清时代，朱载堉(1536-1610)在《乐律全书》中用精密方法首次阐明了音乐中的十二平均律。方以智(1611-1671)兼取古今中外知识精华，在《物理小识》中涉及力、光、磁、热学，研究了比重、浓度、表面张力及杠杆原理，螺旋原理，研究了光的反射、折射、光学仪器，进行了分光实验解释虹，还研究了磁偏角随地域的变化以及金属导热问题。《物理小识》是300年前的一部科学著作。

我国是对磁现象认识最早的国家之一，公元前4世纪左右成书的《管子》中就有“上有慈石者，其下有铜金”的记载，这是关于磁的最早记载。类似的记载，在其后的《吕氏春秋》中也可以找到：“慈石召铁，或引之也”。东汉高诱在《吕氏春秋注》中谈到：“石，铁之母也。以有慈石，故能引其子。石之不慈者，亦不能引也”。在东汉以前的古籍中，一直将磁写作慈。相映成趣的是磁石在许多国家的语言中都含有慈爱之意。