公元前～公元元年

公元前7000年，巴勒斯坦地区犹太人建立杰里科城，城市文明首次出现在地球上，最早的车轮或许是此时诞生的。

杰利科是世界第一城，也被称为世界文明的摇篮。

公元前4700年，埃及巴达里文化进入青铜器时代，搬运重物的工具有滚子、撬棒和滑橇等，如埃及建造金字塔时就已使用这类工具。

公元前3500年，古巴比伦的苏美尔诞生了带轮的车，是在橇板下面装上轮子而成。

公元前3000年，美索不达米亚人和埃及人开始普及青铜器，青铜农具及用来修造金字塔的青铜工具（比如：凿子）在此时已广泛使用。

公元前2800年，中国中原地区出现原始耕地工具——耒耜（木制）。

公元前2800年，青铜器制作技术传入我国周边，西域的游牧民族（现中国甘肃东乡马家窑文化遗址）出现锡青铜铸成的铜刀。

公元前2686（埃及第三至第六王朝），开始出现牛拉的原始木犁和金属镰刀。

铜制工具的制造多用锻打法。

公元前2500年，欧亚之间地区就曾使用两轮和四轮的木质马车．埃及古代墓葬中曾发现公元前1500年前后的两轮战车。

公元前2500年，伊拉克和埃及用失蜡法铸造青铜金属饰物。

公元前2400年，埃及出现腕尺、青铜手术刀，滑轮等机械设备。

公元前2070年，中华民族开始出现，传说中大禹治水就在此时期。

公元前2000年，中国甘肃武威皇娘娘台齐家文化遗址留存经过冷锻的红铜刀、凿。

埃及等地出现切割树木的车床。

中国中原地区开始制造以圆木板为行走部件的车辆（轮子）。

公元前1700年，西亚巴格达附近，欧贝德文明进入铁器时代。

公元前1600年，青铜器正式传入中原，中国开始用天然磨料磨制铜器和玉器。

公元前1400年，中国河北藁城和北京平谷县留存经过热锻的铁刃铜钺。

公元前1400——1300年，得到考古学支持的商代甲骨文出现，中国进入有文字时代。

公元前1400年，中国河南安阳殷墟留存商代晚期最重的青铜器司母戊方鼎。

中国河南安阳殷墟留存经过再结晶退火的金箔。

中国出现象牙尺。

公元前1400年，小亚细亚的古国赫梯王国开始使用铁器。

公元前1300年，中始用铜犁。

中国用研磨方法加工铜镜。

公元前1200年，叙利亚出现磨谷子用的手磨。

两河流域文明在建筑和装运物料过程中，已使用了杠杆、绳索滚棒和水平槽等简单工具。

滑轮技术流传到亚述，亚述人作城堡上的放箭机构。

埃及出现绞盘，最初用在矿井中提取矿砂和从水井中提水。

埃及初步出现了水钟、虹吸管、鼓风箱和活塞式唧筒等流体机械。

公元前1000年，铁器制作技术自印度传入中原邻近的少数民族，中国西部国家（南越，楚国）出现带铁犁铧的犁。

公元前1000年，中国发明冶铸青铜用的鼓风机。

公元前770年，中国开始使用失蜡铸造方法铸造青铜器。

中原出现可锻铸铁和铸钢。

中国已普遍用漏壶计时

西元纪年法（阳历）诞生(凯撒公元前48年，经凯撒修正后，这一历法称为凯撒历)，罗马文明确定太阳历与24节气。

公元前770年，中国湖北铜绿山春秋战国古铜矿遗址留存木制辘轳轴。

中国出现制造战船的工场。

公元前700年，中国出现滑轮。

公元前600年，古希腊和古罗马进入古典文化时期，这一时期在古希腊诞生了一些著名的哲学家和科学家，他们对古代机械的发展作出了杰出的贡献。

如学者希罗著书阐明关于五种简单机械(杠杆、尖劈、滑轮、轮与轴、螺纹)推动重物的理论，这是已知的最早的机械理论书籍。

公元前513年，中国的《左传》记载中国最早的铸铁件——晋国铸刑鼎。

希腊罗马地区木工工具有了很大改进，除木工常用的成套工具如斧、弓形锯、弓形钻、铲和凿外，还发展了球形钻、能拔铁钉的羊角锤、伐木用的双人锯等。

此时，长轴车床和脚踏车床已开始广泛使用，用来制造家具和车轮辐条。

脚踏车床一直延用到中世纪，为近代车床的发展奠定了基础。

公元前500年，中国湖北随县曾侯乙墓留存春秋战国时期最复杂、最精美的青铜器—曾侯乙尊盘和曾侯乙编钟，编钟由8组65枚组成，采用浑铸法铸造。

中国春秋末期的齐国编成手工艺专著《考工记》。

世界上第一枚冲制法制成的钱币在罗马诞生，这是金属加工方面的一大成就，是现代成批生产技术的萌芽。

公元前476年，中国出现用天然磁铁制成的指南针—司南。

中国开始用叠铸法铸造青铜刀币。

中国河北易县燕下都遗址留存的钢剑中有淬火组织，矛、箭铤中有正火组织。

中国河南洛阳留存经脱碳退火的白口铸锛，表面已脱碳成钢。

中国河南信阳留存汞齐鎏金器物。

公元前476年，中国山西永济县蘖家崖留存青铜棘齿轮(直径25毫米，40齿)

中国河北武安午汲古城遗址留存铁制棘齿轮。

公元前400年，中国的公输班发明石磨。

公元前220年，希腊的阿基米德创制螺旋提水工具。

希腊的阿基米德提出物体浮力理论——阿基米德原理。

古希腊人在手磨的基础上制成了轮磨。

中国西安兵马俑出土的青铜秦剑大约诞生于此时期。

公元前206年，中国西汉出现青铜铸件透光镜。

公元前206年，齿轮在欧洲出现，最早的应用是装在战车用来记录行车里程的里程计上。

中国四川成都市站东乡留存滑车。

罗马在单轮滑车的基础上发明复式滑车。

它最早应用是在建筑上起吊重物。

公元前113年，中国河北满城西汉中山靖王刘胜墓留存经过渗碳处理的佩剑。

公元前110年前后，罗马桔槔式提水工具和吊桶式水车使用范围扩大，涡形轮和诺斯水磨等新的流体机械出现，前者靠转动螺纹形杆，将水由低处提到高处，主要用于罗马城市的供水。

后者用来磨谷物，靠水流推动方叶轮而转动，其功率不到半马力。

公元前100年，罗马功率较大的维特鲁维亚水磨出现，水轮靠下冲的水流推动，通过适当选择大小齿轮的齿数，就可调整水磨的转速，其功率约三马力，后来提高到五十马力，成为当时功率最大的原动机。

公元元年至1700年

公元1世纪，亚历山大的西罗著有《气动力学》，其中记载利用蒸汽作用旋转的气转球(反动式汽轮机雏形)。

同时，西罗发明的汽转球(又叫风神轮)出现。

汽转球作为第一个把蒸汽压力转化为机械动力的装置，它也是最早应用喷气反作用原理的装置。

公元9年，中国制出新莽卡尺。

25～221年，中国的毕岚发明翻车(龙骨水车)。

中国的杜诗发明冶铸鼓风用水排。

中国出现水轮车(水轮机雏形)。

78～139年，中国的张衡发明浑天仪(水运浑象)，由漏水驱动，能指示星辰出没时间。

2世纪，中国用花纹钢制造宝刀、宝剑——类似大马士革刚。

105年，中国的蔡佗监造出良纸。

220～230年，中国出现记里鼓车。

235年，中国的马钧发明由齿轮传动的指南车。

265—420年，中国的杜预发明由水轮驱动的连机碓和水转连磨。

4世纪，地中海沿岸国家在酿酒压力机上应用螺拴和螺母。

西方机械技术的发展因古希腊和罗马的古典文化处于消沉而陷于长期停顿。

黑死病等瘟疫的蔓延，是西方世界陷入长达400年的黑暗。

5～6世纪，中国发明磨车。

420～589年，中国出现车船。

550—580年，中国的綦母怀文发明灌钢技术。

618—907年，中国西安沙坡村留存银质被中香炉，结构奇巧。

700年，波斯开始使用风车。

953年，中国铸造大型铸铁件——沧州铁狮子(重5000千克以上)。

1041～1048年，中国的毕升发明活字印刷术。

1088年，中国的苏颂、韩公廉制成带有擒纵机构的水运仪象台。

1097年，中国在山西太原晋祠铸有四个大铁人——宋代铁人。

1127～1279年，中国发明水转大纺车。

1131～1162年，中国记载走马灯(燃气轮机雏形)。

1263年，中国的薛景石完成木制机具专著《梓人遗制》。

1330年，中国的陈椿在《敖波图》中记载化铁炉(搀炉)。

1332年，中国用铜制造大炮。

文艺复兴时代开始，意、法，英等国相继兴办大学，发展自然科学和人文科学，培养人才，西方机械技术开始恢复和发展。

1350年，意大利的丹蒂制成机械钟，以重锤下落为动力，用齿轮传动。

1395年，德国出现杆棒车床

1439年，德国谷腾堡发明金属活字凸版印刷机。

1608年，荷兰的李普希发明望远镜。

1629年，意大利的布兰卡设计出靠蒸汽冲击旋转的转轮(冲动式汽轮机的雏形)。

1637年，中国刊印了宋应星的科学技术著作《天工开物》，书中对中国古代生产器具和技术有详细记载。

1643年，意大利的托里拆利通过实验测定标准大气压值为760毫米汞柱高奠定了流体静力学和液柱式压力测量仪表的基础。

1660年，法国的帕斯卡提出静止液体中压力传递的基本定律，奠定了流体静力学和液压传动的基础。

1650～1654年，德国的盖利克发明真空泵，1664年他在马德堡演示了著名的马德堡半球实验，首次显示了大气压的威力。

1656～1657年，荷兰的惠更斯创制单摆机械钟。

1665年，荷兰的列文胡克和英国的胡克发明显微镜。

1698年，英国的萨弗里制成第一台实用的用于矿井抽水的蒸汽机—“矿工之友”。

它开创了用蒸汽作功的先河。

公元1700年～1800年

1701年，英国的牛顿提出对流换热的牛顿冷却定律。

1705年，英国的纽科门发明大气活塞式蒸汽机，取代了萨弗里的蒸汽机。

功率可达六马力。

1709～1714年，德国的华佗海特先后发明酒精温度计和水银温度计，并创立以水的冰点为32度、沸点为212度、中间分为180度的华氏温标。

1713～1735年，英国的达比发明用焦炭炼铁的方法。

1735年，达比之子将焦炭炼铁技术用于生产。

1733年，法国的卡米提出齿轮啮合基本定律。

1738年，瑞士的丹尼尔第一·贝努利建立无粘性流体的能量方程—贝努利方程。

1742～1745年，瑞典的摄尔西乌斯创立以水的冰点为100度、沸点为0度的温标。

1745年，瑞典的林奈将两个固定点颠倒过来，即成为摄氏温标。

18世纪中叶，法国的拉瓦锡和俄国的罗蒙诺索夫提出燃烧是物质氧化的理论。

1755年，瑞士的欧拉建立粘性流体的运动方程——欧拉方程。

1764年，英国的哈格里夫斯发明竖式、多锭、手工操作的珍妮纺纱机。

1769年，英国的瓦特取得带有独立的实用凝汽器专利，从而完成了蒸汽机的发明。

这种蒸汽机后于1776年投入运行，热效率达2～4%。

法国的居诺制成三轮蒸汽汽车，这是第一辆能真正行驶的汽车。

1772～1794年，英国的瓦洛和沃恩先后发明球轴承。

1774年，英国的威尔金森发明较精密的炮筒镗床，这是第一台真正的机床—加工机器的机器。

它成功地用于加工汽缸体，使瓦特蒸汽机得以投入运行。

1785年，法国的库仑用机械啮合概念解释干摩擦，首次提出摩擦理论。

英国的卡特赖特发明动力织布机，完成了手工业和工场手工业向机器大工业的过渡。

1786年，英国的西兹发明割穗机。

1787年，英国的威尔金森建成第一艘铁船。

1789年，法国首次提出“米制”概念。

1799年制成阿希夫米尺(档案米尺)

1790年，英国的圣托马斯发明缝制靴鞋用的链式单线迹手摇缝纫机，这是世界上第一台缝纫机。

18世纪90年代，英国的边沁先后发明平刨床、单轴木工铣床、镂铣机和木工钻床。

1792年，英国的莫兹利发明加工螺纹的丝锥和板牙。

1794年，英国的威尔金森建成冲天炉。

1795年，英国的布拉默发明水压机。

1797年，英国的莫兹利发明带有丝杠、光杠、进给刀架和导轨的车床，可车削不同螺距的螺纹。

1799年，法国的蒙日发表《画法几何》一书，使画法几何成为机械制图的投影理论基础。

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古时悬棺究竟是如何被送上悬崖的呢？争议颇多且被教科书删掉的张衡地动仪真的是“造假”吗？在“四大发明”以外，中国古代到底有没有科技？神秘的“木牛流马”究竟长什么样？

1月10日，《中国古代机械复原研究》出版研讨会在北京维景国际大酒店召开，中国科学院自然科学史研究所所长、国际科学史研究院院士张柏春，清华大学科技史暨古文献研究所所长、国际科学史研究院院士冯立升，清华大学社会科学学院教授刘兵，北京大学医学人文研究院教授王一方，清华大学深圳研究生院教授戴吾三，中国科学院自然科学史研究所研究员孙烈等业内专家共同就“古代机械文明”展开了探讨。

《中国古代机械复原研究》出版研讨会以“再现中国古代机械文明”为主题。

20世纪80年代秦陵出土的铜车马，形态逼真、造型优美、结构复杂而完善，展现出秦代很高的科技水平和制造技术。

从什么时候起，中国的科学技术不再先进呢？陆敬严说，中国科学技术退出先进行列的时间约为明代中后期，也就是15-16世纪。这一时期的西方，正处于改变世界面貌的产业革命前夜，科学技术的进步十分明显。明代中晚期到清初，欧洲的科学技术水平总体上已经超过中国，这也从另一方面证明了中国科学技术先进的局面已经结束。

陆敬严在书中指出，中国是世界上最早使用和发展机械的国家之一。历史上，中国机械技术曾长期保持世界领先，在农业、冶金、纺织、车船、军事、天文、钻井等领域取得了一系列令人瞩目的成就。英国学者李约瑟曾在其宏篇巨著《中国科学技术史》的总论中，以英文字母编号，列举了26种中国古代的杰出发明，并指出这些杰出发明在欧洲使用的时间晚于中国几个世纪到十几个世纪。这26种发明中，12种属于机械范畴，另有10种或多或少与机械有一定关系。毫不夸张地说，中国古代机械是古代科技的重要组成部分，中国古代机械技术的辉煌，其种类、数量和丰富的内涵，对我国乃至世界科学技术发展的影响都非常巨大。

英国学者李约瑟。

在研讨会现场，上海科学技术出版社社长温泽远向与会嘉宾介绍了《中国古代机械复原研究》一书的出版初衷和编辑经过。他表示，实际上这些中国古代的杰出成就，中国人了解的并不多，甚至非常不了解。《中国古代机械复原研究》生动形象地再现了中华古代机械技术文明的整体样貌，而且通过复原不同时期的机械制作成果，可以让更多读者了解中国古代科技发展的脉络，揭示其发展的轨迹和兴衰的历程，进而了解当时的社会政治、经济状况。

张柏春同样肯定了这部著作的重要意义和非凡价值，他表示，中国古代机械复原工作的人力、物力花费很大，见效又较慢，以往从事此项研究工作的人极少，在这片学术园地上有大批的空白，也很少有专著论及复原研究工作。但陆敬严一直没有放弃写一部完整的中国机械工程史的目标，先后撰写了《中国古代兵器》《中国科学技术史·机械卷》《中国机械史》等著作。

张柏春说，《中国古代机械复原研究》作为一部技术史专著，将古文献记载、考古资料和田野调查结合起来，进行机械的技术史研究和复原，不仅传承了刘仙洲先生的机械史研究方法，还发展了王振铎等先生开创的古代科技复原研究。“在多年的科研工作中，陆敬严教授实地踏勘西南古栈道，结合实际复原木牛流马；在江西贵溪仿古吊装悬棺，破解千古之谜；对古籍文献细致推敲，复原制作成多种军事机械他制作的近百种约150具大小模型展现了我国先人的智慧和巧思，再现中华古代技术文明。”

四川和云南的交界之处有很多悬棺，悬棺葬的年代十分古老，从如今发现的悬棺葬遗存来看，最早从春秋战国时期开始，一直持续到元明时期。

悬棺，也是王一方最为感兴趣的内容。他在北京大学医学人文研究院教授生死哲学，除此以外还有一个身份是中国殡葬协会专家委员会副主任。在研讨会现场，王一方从悬棺谈起，认为悬棺的“悬”既是悬挂的“悬”，又是悬案的“悬”，书中的相关研究，破除了其中的神秘色彩，也解决了中国殡葬文化中的一个谜。座谈会现场，《科普时报》总编辑尹传红也举悬棺、记里鼓车和被中香炉等极具中国特色的发明为例，来说明古代机械复原的趣味性、学术价值和科普意义。

出现于西汉的被中香炉，无论怎样翻滚灰盂始终不会倾翻，原理与今天的陀螺仪相同。

不过，陆敬严在书中还提到，不同地区的悬棺吊装具体方法可能会有所不同，但必须要强调的是，无论采用哪种方法，所用的机械都不能超越当时的年代，必须符合当地的客观条件，因地制宜地予以选择。他曾经专门写成《中国悬棺研究》，根据所处环境，列出了实际中升置悬棺的方法。

旧版人教版教材中曾经介绍了张衡和他的地动仪。

从历史教科书中“消失”的张衡地动仪，真的是“造假”吗？陆敬严在书中指出，从古籍记载可知，张衡地动仪由两个系统组成，一是接收地震信号系统，其组成是都柱和八个轨道；二是报知地震系统，其组成是内部机关、龙头、铜丸及蟾蜍。遗憾的是地动仪的核心部件——机关难知其详。

许多现代学者对张衡的地动仪进行了深入研究。早在19世纪，日本学者已有论述。之后影响比较大的设想，还包括有王振铎复原地动仪的设想、席文提出的地动仪设想、中国地震局等单位复原地动仪的设想。陆敬严表示，这些关于地动仪工作原理的设想，都利用了物体的惯性，从科学的角度看，都是合理的，具有较高的学术价值，其中后两种设想更加灵敏。因为《后汉书》提供了张衡创制地动仪的珍贵史料，比其他国家早约1700年，李约瑟称张衡的发明是“地动仪的鼻祖”，是了不起的成就。

但陆敬严同时强调，地震学是新兴的独立学科，了解中国古代在地震学上的巨大成就，能使现代研究者受到启发，但不应过分夸大地动仪的灵敏性。对张衡地动仪的误差做分析后发现，其都柱只能按照八个轨道倾倒，两个相邻轨道之间有45°夹角。当两个相邻轨道之间的方向发生地震时，地动仪难以做出正确报告，当方向与每个轨道相差225°时，误差最大。且张衡地动仪只能报知地面的震动，无法甄别这一震动是由地震还是其他原因引起的。此外，地震必须达到一定的强度和有一定的距离时，地动仪才能做出报告，也无法将地震的强度数字化。

按木牛推想图复原的模型。

为了验证假设，陆敬严专门从上海赶往四川，爬上峭壁测量古栈道留下的楔孔，经过计算发现，按照力臂力矩关系，古栈道可以承受的通行重量基本在150公斤至200公斤，这既是当时制造水平下可以造出的一辆较大型独轮车的载重，也基本是当时一个士兵一年口粮的分量，完全符合古书中“一木牛载一岁粮”的记载。在对当地老人的访问中，他还得到了“五尺道”的信息，同样与独轮车的尺寸相符，最终得以复原出木牛流马的模型。

记者丨何安安

编辑丨宫照华

校对丨薛京宁

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我国古代的科学技术成就

我国古代的科学技术成就中，属于物理学或与物理学有关的，可以提出 力学、光学和声学等三个方面作一简要介绍。

（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。

（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。

经下第16条：“景不徙，说在改为。” 经说：“景：光至，景亡；若在，尽古息。”这一条是论述影的生成。 各家的解释在这一点上没有分歧。然而细致地推敲起来，又各有不同的见解。 主要是对于经说中的“若在”指的是“影在”，还是“物在”，有不同的理 解。

经下第22条：“鉴（洼），景一小而易，一大而正，说在中之外，内。” 经说：“鉴：分鉴；中之内，鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则 所鉴小，景亦小，而必正，起于中缘正而长其直也。中之外，鉴者近中，则 所鉴必大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小，而必易，合于中而长其直也。” 这一条讲的是凹面镜成像的规律。钱临照先生对此有很好的解释。他特 别指出，当时不是用一个光源和纸屏进行观察，而是人脸本身为物，以眼为 屏，所以在“一小而易”和“一大而正”之间不能发现“一大而易”的情况。 他并从而推断，经文中所说的"中"，是指从镜面的曲率中心到其焦点之间的 一段区域，而不是一个点。

（3）声学方面

据文献记载和考古的发现，在周朝以前已经有了各种乐器（管、弦和打 击乐器），而且很早就制定了有科学根据的乐律，即各音之间有频率的简单 整数比的关系，或是说有一定的音程。乐律说有丰富的物理声学内容，它的 产生和发展，是物理声学史中重要的组成部分。

《吕氏春秋》上记载有“昔黄帝令伶伦作为律，伶伦自大夏之西，乃之 阮阝俞之阴，取竹于山介溪之谷，以生空窍厚均者，断两节间，其长三寸九分 而吹之，以为黄钟之宫，吹曰舍少。次制十二筒，以之阮阝俞之下，听凤凰 之鸣，以别十二律”，这种属于传说性质的东西，当然不能完全凭信。但是 早在公元前六世纪有个叫伶州鸠的乐官曾把十二律的名称一一列举，并把它 们的出现和周武王伐纣（前1066）的时间联系起来。因此，在这之前肯定就 有了系统的乐律了。

关于定“律”的方法，早在公元前四世纪就以“三分损益法”定出了五 度相生律。

具体是以黄钟的弦长为81（34）作为宫音，然后依次乘以4/3和2/3得到 五音：

宫音弦长＝34＝81，

征音弦长＝81×（1＋1/3）＝108，

商音弦长＝108×（1－1/3）＝72，

羽音弦长＝72×（1＋1/3）＝96，

角音弦长＝96×（1－1/3）＝64。

这样，若以征音（主音）为1，则各音的频率比是：征：羽：宫：商：角 ＝1:9/8:4/3:3/2:27/16。而且按宫征商羽角的次序排时，相邻二音间的音程是3/2和3/4，即简单的整数比。可见，这时对于弦长与频率间的关系已经有 了一定的认识。

只有五个音对于演奏来说显然是不够的。 所以后来又增加了两个变音（变宫、变征）和其它一些半音，使得在一个八度（倍频程）内共有12个音， 这就构成了所谓十二律。

在声学方面除了乐律之外，还有关于共鸣的知识也是值得提出的。我国 古籍中多次记载了物体的共振和声音的共鸣现象。《墨子·备穴篇》记述了利 用空气柱的共鸣作侦破敌军挖洞攻城的方法。《庄子·徐无鬼》中也有共鸣现 象及其解释的记载：“鼓宫则宫鸣，鼓角则角应，音律同矣。”这些记载表 明当时人们不仅发现了基音共振现象，而能够用“音律同矣”去解释它。可 以说是世界上最早关于共鸣现象的认识。 在公元三世纪时张华（232至 300）在了解共振、共鸣现象的基础上，还进一步掌握了消除共鸣的科学 方法。南北朝宋人刘敬叔（390至470）所著《异苑》中有这样的记载：“晋中朝时，蜀有人蓄铜藻盘，晨夕恒鸣如人扣，乃问张华。华日：‘此盘与洛钟宫商相谐，宫中朝暮撞钟，故声相应。可令轻，则韵乖，鸣自止也。' 依其言，即不复鸣。”

（4）关于物质和运动的概念

①物质观。

关于物质的构成，中国古代有多种说法， 如 “ 五行说 ”， “八卦说”，“元气说”以及墨家提出的“原子论”。这里仅介绍先秦时期 两种物质观。

关干“五行说 ”。这一学说始于夏朝，流行于商朝，到了西周发展为 “五行元素说”。西周末年，太史官史伯在总结前人思想以后说：“夫和实 物，同则不继，以他平他谓之和，故能丰长而物生之，若以同裨同，乃尽弃 矣。故先王以土与金、木、水、火杂以成百物”。（国语·郑语。）这里已十 分明确的把水、火、木、金、土五种基本物质当成组成世界万物的原始材料。 更加清楚地表明中国古代原始五行说，实际上就是最早的关于物质组成的假 说。它不仅具有朴素的元素概念，并具有物质相互转化的观念。 我国原始五行说发展到了春秋时代，又出现了五行相生相克的学说，即

水生火，火生土，土生金，金生水，水生木；

木克土，土克水，水克火，火克金，金克木。

显然它是由实践经验抽象出来的。五行依一定的相生次序而相生；又依 一定的相克次序而相征服。这种关系深刻地揭示了组成世界的五种基本物质 元素在相互转化的复杂变换过程中，生成和消失的速率是受控的，在量上是 互补的，因而元素的种类和总量不增不减，物质守恒。

关于“阴阳八卦说”。这一学说起源于殷周之际，实际上也是一种原始 的元素论。它从人们生活经常接触的自然界中选取了八种东西作为说明世界 上其他多种东西的根源。所谓八卦，即用八种符号来表示八种自然现象，而 这八卦是由阳爻（音挑yao）用“－”表示和阴爻用“一”表示，阳爻和阳 爻排列为八卦，再由八卦排列为64卦。八卦分别是三乾、坤、震、 巽（xun）、坎、离、艮、兑等，它们分别表示天、地、雷、风、水、火、山、 泽。由于阴阳的排列23 即可得八卦，同理再由八卦排列为82，即可得64 卦。世界就是在阴阳两种对抗物质势力运动推动下孳生着。 发展着。这是一种十分朴素的万物生成的唯物主义观念。 然而，这两个本来独立发展的、具有唯物主义色彩的物质学说，到后来 经邹衍之手，加以歪曲比附，推演到人事和社会历史上去，使其被蒙上了浓 厚的迷信色彩，走上了唯心主义的玄学途径，失去了作为说明世界的一种初 级认识作用。

②运动观念。

在我国古代，人们把运动理解为一般变化，其中包括产生 和消灭，数量增减和性质变化，以及位置移动。对于位置的移动，《墨经》 中有专门的论述，并对“运动”和“静止”的观念下了定义：经上：“动， 或（域）徙（徙）也。”意思是说，凡物之动，乃其所处的位置的变化。经 说：“动：偏祭（际）徙（徙）者，户枢免瑟。”这里补充说明转动也是运 动；经上：“止，以久也”。“久”即时间，意思是说，静止，是指某物体 在某一时间限以上处于空间中同一位置，即物体在某一位置上停留一段时间， 这就是静止状态。经说：“无久之不止，当牛非马，若夫（矢）过楹。有久 之不止，当马非马，若人过梁。”这里墨家进一步说明静止与运动的关系： 把静止分为“无久之不止”与“有久之不止”两种情形。前者讲的是运动飞 快的物体，使人感觉不到在空间某一位置有停留的时间；后者讲的是运动缓 慢的物体，使人能够感觉到它在空间停留一段时间（静止）。除墨家外，先 秦时期，许多学者都提出过关于运动和静止的辩证命题。如惠施的“日方中 方睨，物方生方死。”公孙龙的“镞矢之疾而有不行不止之时”；“飞鸟之 影未赏动也”。等等。

除去以上列举的力学、光学、声学和物质与运动等四个方面之外，在这 一时代中，我国还有许多其它的物理学方面的成就，例如磁现象和静电现象、气象知识等等，不再一一加以介绍了。

即使从以上的一个很不完整、很不系统的介绍，我们已经可以看到，我 国古代确实有不少很有价值的物理学成就。跟文学、艺术、哲学等其它领域 一样，比之其它文明古国毫无逊色，甚至可以说有过之而无不及。尤其是春 秋战国时代，是我国古代学术上的一个繁荣昌盛的时期，是历史上有名的百 家争鸣时期，也是由奴隶制向封建社会过渡或封建制度逐步确立的时期。在 这样的一个时代，才能产生象墨子那样伟大的思想家和科学家。当然，墨子 或墨家的成就除去由于所处时代的原因之外，还因为他们比较接近生产者， 以及他们有着比较正确的认识论的观点。如“五路”之说，把知识分为“闻 知（间接经验）、说知（理性认识）、亲知（直接经验）”，并且注意名符 其实的认识标准（“名实耦，合也。以名学实，举，拟实也”）。

中国古代发明家

姓名 领域 年代 发明作品 简介

鲁班 建筑 春秋战国 木工用的 锯子、曲尺、墨斗、刨子、铲子、铺首、钻、凿等 鲁班--春秋战国时代鲁国人，姓 公输，名般，是中国古代著名的建筑师。鲁班他有很多发明创造，如木工用的 锯子、曲尺、墨斗、刨子、铲子、铺首、钻、凿等。攻城用的可活动的云梯。相传，锁也是鲁班发明的。

喻皓 建筑 北宋初年 《木经》 喻皓--亦称预浩，是中国五代末年，北宋初年的建筑师。出生于杭州，他设计的最杰出的建筑是北宋国都汴梁（今河南省开封市）安远门内开宝寺中的灵感塔。他还写了一部木工手艺的书--《木经》,共 3 卷。他有造塔鲁班之称。

祖冲之 数学 南朝 л的更精确的上下界 祖冲之--南朝的祖冲之利用刘微的割图术提出了 л的更精确的上下界。 即31415926〈л〈31415927。

刘微 数学 225 ~ 295年 割图术 刘微--魏晋时期的刘微，发明了割图术的方法，他取л值314。他还发明了介线性方程组的新分法。提出了不定方程问题，建立了等差级数前几项和公式。刘微应和欧几里德、阿基米德相提并论。

朱世杰 数学 元代 《四元玉鉴》 朱世杰--中国元代数学家。1299 年编撰成中国第一本算学启蒙，从四则运算到天元术，形成了较完整的体系。1303年，他又写成了 《四元玉鉴》，把天元术推广为“四元术”，这是一种高次方程的解法（最高可包括4个未知数）。欧洲到 1775 年才提出同样的解法 ——消元法。美国科学史家萨顿评价他所著的《四元玉鉴》是整个世界中最杰出的数学著作之一。

张衡 天文学 东汉时期 漏水转浑天仪、候风地动仪 张衡--是中国东汉时期的天文学家。对在宇宙结构的认识上，张衡是浑天说的代表人物之一。他认为：天像个鸡蛋壳，地像鸡蛋黄，天大地小，他认为天壳之外还有无限的宇宙。张衡设计和制造了漏水转浑天仪、候风地动仪，并对日月星辰做了许多观测和分析。他测量出了太阳和月亮的角直径是周尺的1/736，即29'24'。他统计出在中国的中原地区能看到的恒星约有2500颗。国际天文学会为了纪念张衡对天文学的突出贡献，将月球上的一个环形山命名为“张衡环形山”。

郭守敬 天文学 元代 高表、玲珑仪、观象台计 16 种仪表 郭守敬--是中国元代杰出的天文学家。他创制了高表、玲珑仪、观象台计 16 种仪表，仪器专门测量天体使用。还制作了简仪，现存紫金山天文台。郭守敬测定了黄赤交角。法国科学家 Laplace 提出黄赤交角变小理论，引用的根据就是郭守敬的。丹麦天文学家第谷所做的同类测量比郭守敬晚300年。

姓名 领域 年代 发明作品 简介

石申 天文学 战国时期 第一部天文巨著“天文” 石申--战国时期的天文学家，石申第一部天文巨著“天文”。西汉后，人们尊称“天文”一书为“石氏星经”。书中标有 121 颗恒星的位置，书中还记有水、木、金、火、土五大行星的运行及交食等情况。石申编制了最早的星表。并称之“少阳”已认识到能自身发光。

刘焯 天文学 隋代 《皇极历》 刘焯--隋代天文学家。创制了《皇极历》，他首先考虑到了日、月视运动的不均匀性，创立了等间距二次差内插法。计算日月视运动的速度。同时他把差岁改为 75 年差一度。

一行 天文学 唐代 《大衍历》 一行--唐代天文学家。他编制出一部新的历法《大衍历》，它包括十篇历议，是古代非常先进的历法。早在公元前 13 世纪，中国人以太阳和月亮运动为依据，创立了一种阴阳历法。

杨忠辅 文学家 南宋时期 《统天历》 杨忠辅--中国南宋时期天文学家。他创制了《统天历》，他确定回归年长度为 3652425 日。并发现回归年长度有消长现象。

洛下闳 天文学 汉代 赤道式仪器 洛下闳--中国汉代天文学家。改创了赤道式仪器，定下了赤道式浑仪的基本结构。

苏颂 天文学 宋代 天象仪 苏颂--中国宋代天文学家。和韩公廉合作制成了天象仪及水运仪象台，是中国古代第一架天象仪。有 8 人高，每层有门，一到时间门开，木人出来报时。（后面有漏壶和机械系统）。

莘七娘 10 世纪 孔明灯,走马灯 莘七娘——在10世纪时发明了松脂灯（孔明灯）作为打仗时的信号灯，这是中国人最早利用热气球。同时发明了走马灯，这是航空燃气涡轮的始祖。

裴秀 224~271 创立了绘制平面地图的理论“制图六体” 裴秀——在中国最早创立了绘制平面地图的理论“制图六体”。并绘制了《禹贡地域图》。

马钧 机械设计 三国时代 龙骨水车（又叫翻车） 马钧——魏国人，杰出机械设计和创造家。三国时代创制了龙骨水车（又叫翻车），他能连续提水，灌溉用的水机具——桔槔。结构非常巧妙，有天下之名巧之称。

姓名 领域 年代 发明作品 简介

李春 桥梁设计 605~617 赵州桥 李春—— 605~617 年，首创了在主拱图上设小腹拱的敞肩式拱桥。有名的赵州桥就是他设计的。

丁缓 发明家 汉代 被中香炉、常满灯、旋转风扇 丁缓——汉代，在 180 年生于长安。发明的物品有被中香炉、常满灯、旋转风扇，有长安巧工之称。

沈括 科学家 宋朝 石油命名最早由他提出 沈括—— 1031~1095 年，宋朝科学家，石油命名最早由他提出。

蔡伦 62~121 纸 蔡伦—— 62~121 年，蔡伦采用树皮、麻头、破布、旧鱼网为原料造纸成功。 105 年将此发明报皇帝。于 114 年被皇帝封为龙亭侯。当时人称纸为蔡侯纸。 12 世纪，造纸术间接传到欧洲。 13 世纪，蒙古人用蔡侯纸在波斯发行第一批纸币。 14 世纪，朝鲜、越南、日本也开始使用纸币。纸牌然后经由阿拉伯国家再传到欧洲。

毕升 1041~1048 活字印刷术 毕升—— 1041~1048 年，中国北宋人。发明了活字印刷术。

杜诗 91~不祥 水力鼓风机 杜诗—— 91 年，河南人。首创了水力鼓风设备水排。即利用水力推动风扇鼓风。是世界上最早的水力鼓风机，比欧洲早了 1100 年。

浦元 三国时期 淬火技术 浦元—— 300 年，三国时期。首创淬火技术，使钢刀坚而有弹性。

孙子 三国时期 孙子算经 孙子—— 300 年，乘余定理的起源一题为“物不知数”，写了“孙子算经”一书系统论述了筹算记数制。

秦九韶 数学 1202~1247 创立解一次同余式的“大 衍求一术”和求高次方程数值解的正负开方术 秦九韶—— 1202~1247 年，中国数学家。写有《数书九章》，创立解一次同余式的“大 衍求一术”和求高次方程数值解的正负开方术。

李治 数学 测园海镜 李治——中国数学家，著有“测园海镜”是中国第一本系统改述“天元术”的巨书。

沈括 宋朝 沈括发现用细线系在磁针的中央（指南针），并将其悬挂起来。经过观察、发现，写进了他的著作《梦溪笔谈》中。以后人们把用磁铁制作的针成为指南针，还有指南桌。 13世纪到东方玩的意大利人马可、波罗见到了指南针，并把它传到了欧洲。

墨子 公元前 400 年 提出光是直线传播的论点 墨子——公元前 400 年，墨子一书论述了杠杆平衡，提出光是直线传播的论点。

机械设计的发展史按时间来分，可分为三个阶段，分别是：从古代社会到17世纪为机械设计起源和古代机械设计阶段，由17世纪至第二次世界大战结束为近代机械设计，第二次世界大战结束直到现在为现代设计阶段。如果按其内容来分，可分为：直觉设计阶段，经验设计阶段和理论设计阶段。两种划分是一一对应的，是从不同角度来划分机械设计的发展史。每一个阶段在设计理论，方法和制造工艺方面都有明显的特色。下面就按时间来划分，把机械设计发展史划分为三个阶段来论述。

11 机械设计起源和古代机械设计

我国近代的考古发现证明了一些传说和记载。在浙江余姚河姆渡，河南郑裴李岗等遗址中都发现了七八千年以前制造相当精致的农具如石铲等。我国古代经书中，对于古代使用，制造机械的情况有许多记载。《周易》“系辞下”中有“黄帝，尧，舜氏作，刳木为舟，剡木为楫，剡楫之力以济不通”，“服牛乘马，引以致远”，“断木为杵，掘地为舀”。由此可见，在4000多年以前，我国古代已经发明了车，船，农具和许多生活用具。在《周易》第47卦“困”的卦辞中有“困于金车”，金车指用铜装饰起来的豪华马车。清代学者章诚说“六经皆史”，在我国古代文献中随处可以见机械产品与人民生活密切的联系，在我国春秋战国时代的著作《道德经》中有“三十辐共一毂，像日月也”的说法，而在秦陵发掘出来的二号铜车马，车融会贯通就有30个车辐。虽然据统计，当时的车每个车轮用30个轮辐，但是对轮辐的数目已经有了一定的规则。此外，我国古代在武器，纺织机械，农具，船舶等方面也有许多发明，到秦汉时期（公元前221至公元220年）我国机械设计和制造已经达到相当高的技术水平，在当时世界上处于领选地位，在世界机械工程史上占有十分重要的位置。

在我国古代，机械发明，设计者与制造者是统一的。有许多著名的人物，他们的成果代表了当时我国的机械的设计水平。唐代的时侯我国与许多国家开展了经济，文华和科学技术的交流，与东南亚，南亚，阿拉伯，非洲东海岸贸易频繁，对中国和世界其它的一些国家有很大的影响。由于贸易的发展，要求商品增加，从而改进生产设备，使机械设计有了很大的发展，造纸，纺织，农业，矿业，陶瓷，印染，兵器等都有了新的进展，机械设计水平也提高了一大步，宋代沈括的著作《梦溪笔谈》记载了当时的许多科学成就，反映了当时的科学水平。

世界其它的国家也有不少机械的成果。但这些设计多是凭设计者的经验完成的缺乏必要的，有一定精度的理论的计算。

12 近代机械设计

17世纪欧洲的航海，纺织，钟表等工业的兴起，提出了许多技术部题，1644年英国组成了“哲学学院”，德国成立了实验研究会和柏林学会，1666年，法国，意大利也成立了研究机构。在这些机构中工作的意大利人伽里略（1564~1642）发表了自由落体定律，惯性定律，抛物体运动，还进行过梁的弯曲实验；英国人牛顿提出了到家动的三大定律，1688年，他提出了计算流体黏度阻力的公式，奠定了古典力学的基础；英国人虎克建立了在一定范围内弹性体的应力 - 应变成正比的虎克定律；1705年伯努力提出了梁弯曲的微分方程式，在古典力学的基础上建立和发展了近代机械设计的理论（也称常规机械设计理论），为18世纪产业革命中机械工业的迅速发展提供了有力的技术理论支持； 1764年英国人瓦特发明了蒸气机，为纺织，采矿，冶炼，船舶，食品，铁路等工业提供了强大的动力，推动了多种行业对机械的需求，使机械工业得到迅速的发展，而机械化使生产力迅速提高，进入了产业革命时代。这一时期，对机械设计提出了很多的要求，各种机械的载荷，速度，尺寸都有很大的提高，因此机械设计理论也在古典力学的基础上迅速发展。材料力学，弹性力学，流体力学，机械力学。疲劳力学，疲劳强度理论，实验应力分析方法等都取得了大量的成果，建立了自己的学科体系。

在1854年德国学者劳莱克斯发表了著作《机械制造中的设计学》把过去溶在力学中的机械设计学独立出来，建立了以力学和制造为基础的新科学体系，由此放生了“机构学”，“机械零件设计”，成为机械设计中的基本的内容。在这一基础上，机械设计学得到了很快的发展。在疲劳强度，接触应力，断裂力学，高温蠕变，流体动力润滑，齿轮接触疲劳强度计算，弯曲疲劳强度计算，滚动轴承强度理论等方面都取得了大量的成果，新工艺，新材科的，新结构的不断涌现没什么械设计的水平也取得了很大的发展。机器的尺寸减少，速度增加，性能提高，机械设计的计算方法和数据积累也相应有了很大的发展，反映了时代的特色。

13 现代机械设计

第二次世界大战以后，作为机械设计的理论基础的机械学继续以更加迅猛的速度发展，摩擦学，可靠性分析，机械优化设计，有限元计算，尤其是计算机在机械设计中迅速推广，使机械设计的速度和质量都有大幅的提高。在机械中广泛运用计算机和自动化程度的提高，使现代的具有明显的特色。因此，机械设计在理论，内容和方法方面与过去相比都有了划时代的发展。而国际市场的激烈竞争，是现代机械设计的方法和发展的催化剂。世界各国逐渐认识到产品市场竞争对各国经济发展的重要作用。在产品竞争中，德国临于印有“MADE IN USA”的美国产品充斥德国市场，计划努力恢复德国产品的信誉，使“MADE IN GERMANY”风靡世界，提出了“关键在于设计”（Der Engpass ist die Knostrution)的口号。日本虽然在某尖端科学研究方面走在了一些国家的后面，但是，在产品设计的方面发展很快，迅速摆脱了二次世界大战以前“东洋货不好”的印象，大量生产各国市场上需要的产品，取得了巨大的经济效益。美国，英国也逐渐认识到产品设计的重要性，美国提出了“为竞争的优势而设计”(Designing for Compentitive Advance)的口号，有人说“21世纪将是设计的世纪”。因些，机械产品设计在这一时期获得了空前的发展。机械设计目前已经不宜作为机械学的一个分支，而应该认为是与机械学并立的一门技术科学了。

现代机械设计方法的特征是，它具有自己的学科体系和专门的内容。其核心技术有3个方面：

（1）以产品的“功能”作为机械计的核心目标。美国麦尔斯提出了“顾客购买的不是产品的本身，而是产品所具有的功能”，明解地说明了“功能”是产品的本质和灵魂。这一原理的提出大大地解放了设计师的思想，为了实现某一功能，可以采用各种不同的原理和结构。我们可以从近年来的计时装置，文件复制设备，通讯方法等方面的飞速发展看出，设计师的聪明才智得到了空前的发挥，多方面的满足了社会的需要。

（2）“人机学”的形成和发展。机械的工作往往与人是不可分的，如汽车，飞机有些操纵的信号要靠人输入。必须考虑操纵者的反映速度和能力限制，还必须考虑操纵者和乘客的传舒适性。如有一些武器设计者已经考虑使用者中，虽然磊部分是作右手方便的，但是习惯于用左手的（称为左利手或左撇子）也占有一定的百分率。虽然许多产品已经向自动化发展，许多民用产品对使用者的拔术要求日益降低（俗称 “傻瓜化”）。但是机械产品竞毕竟是为了人类设计的。考虑“人机学”是提高产品的竞争能力的重要方面。实际上“傻瓜化”就是当前处理人机问题的一个重要的途径。

（3）建立系统的“工业设计”学科体系。工业设计是设计者使产品在外观，色彩，形状，尺寸比例等方面的合理设计，使产品与人，环境更协调，以得到更好的使用效果与况争力。

1：机械的制造材料不同。中国古代机械主要是木材，现代西方机械主要是金属。

2：机械的制造方法不同。中国古代机械主要是手工制造，现代西方机械主要是机械制造。

3：动力不同。中国古代机械主要是水力、兽力、人力，现代西方机械主要是蒸汽机等机械能。

4：机械的作用不同。中国古代机械主要是直接进行生产，现代西方机械除了直接进行生产还可以生产其他机械。