中物史-2力学-J.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,中国古代力学知识,古人对力学现象的认识,力的概念及相关知识,对物体运动的认识,力与运动,对浮力现象的认识,杠杆机械的应用,关于机器人的设想,第一节 力的概念及相关知识,1,力,甲骨文“力”，表示象耒,(,li,),似的尖状掘土农具。,甲骨文中“男”表示用力耕田的人。,这些说明，甲骨文中的力字表示人的体力。,说文,：“力，筋也，象人筋之形。治功曰力，能圉,(,y,),大灾。”,说文,：“男，丈夫也，从力从田，言男用力于田也。”,墨经,：,“力，刑之所以奋也。”,其一，“刑”同“形”，指物体，“奋”表示鸟类展翅、振作。,此条材料是说：力使物体改变状态。,(,力的作用,),其二，“刑”指人体,此条材料是说,:,人体奋动即产生力。,(,力的产生,),说文解字,：,“力，筋也。象人筋之形。,治功曰力。,”,论衡,.,效力,：,“夫垦草殖谷，农夫之力也；,勇猛攻战，士卒之力也；,构架斫削，工匠之力也；,治书定薄，佐史之力也；,论道议政，贤儒之力也。”,这还不是物理学意义上的力的概念。,2,重心与平衡,欹,q,器,文子,.,守弱,：,“三皇五帝有劝戒之器，名曰侑卮。其中即正，其盈即覆。”,原注：“欹器也。”,“三皇”指燧人氏，伏羲氏和神农氏，“五帝”指黄帝等。,荀子,.,宥坐,：,“孔子观于鲁桓公之庙，有欹器焉。孔子问于守庙者曰：此为何器？守庙者曰：此为宥坐之器。孔子顾谓弟子曰：吾闻宥坐之器者，,虚则敧，中则正，满则覆,。孔子顾谓弟子曰：注水焉！弟子挹水而注之，中而正，满而覆，虚而敧。孔子喟然而叹曰：吁！岂有满而不覆者哉！子路曰：敢问持满有道乎？孔子曰：聪明圣知，守之以愚；功被天下，守之以让；勇力抚世，守之以怯；富有四海，守之以谦。此所谓挹而损之之道也。”,古书上,欹器,，也叫,敧器、侑卮、宥坐之器,刘向,说苑,把宥坐之器写作,右坐之器,。,侑、宥、与右同音同义。侑是,劝戒,之意，,卮,原为盛放液体的,器皿,。,侑卮或宥坐之器意为放在坐位右边作为劝戒的器具。,欹器,具有“,虚则敧，中则正，满则覆,”,的特点。,欹器的重心有三个位置,：,空腹时在两耳连线的侧旁下方；,装一半水时在连线中点或中点下方；,装满水时在连线的侧旁上方。,据史籍记载，有许多人制造过欹器。,如晋代杜预和祖冲之、北齐信都芳、隋代耿询、唐代马待封和李皋、宋代燕肃等，都制造过欹器。,淮南子,.,说山训,：,“下轻上重，其覆必易。,”,3,人不能自举内力不做功,荀子,王道,：,“虽有国士之力，不能自举其身，,非无力也，,势不可也,。,”,韩非子,观行,：,“有乌获之力，而不得人助，不能自举。”,论衡,.,效力,：,“力重不能自举，须人乃举。”,“古之多力者，身能负荷千钧，手能决角伸钩，使之自举，不能离地。”,4,对于弹力的认识弓箭,清代 武举弓,易,系辞,：“黄帝、尧、舜,弦木为弧、剡木为矢，弧矢之利，以威天下”。,山海经,：,“少皥,ho,生般，般始为弓矢”。,墨子,：“,古者羿作弓”。,荀子,：“,倕作弓，浮游作矢，而羿精于射”。,孙膑兵法,势备,：,“羿作弓弩，以势象之。,吕氏春秋,：,“夷羿作弓”。,周礼,考工记,（复合牛角弓）,：,“,弓人为弓，取六材必以其时，六材既聚，巧者和之。,干也者，以为远也；,角也者，以为疾也；,筋也者，以为深也；,膠也者，以为和也；,丝也者，以为固也；,漆也者，以为受霜露也”。,弓体形状的演变,成都百花潭战国射礼图,战国宴乐纹铜壶上的弋射图,宋代；黑漆弓、黄桦弓 、麻背弓、白桦弓（,武经总要,）,明代：小稍弓、开元弓、麻背弓、白桦弓（,武备志,）,清代,1,皇帝大阅弓,2,皇帝大礼随侍弓,3,皇帝行围弓,4,王公弓,5,职官兵丁弓,弩的演变,释名,：,弩：,“,怒也，有势怒也。其柄曰臂，似人臂也；钩弦者曰牙，似齿牙也；牙外曰郭，为牙之规郭也；下曰悬刀，其形然也。,合名之曰机。言如机之巧也，亦言如门户枢机开阖有节也,。,”,孙膑兵法,势备,：,“,羿作弓弩，以势象之,”,。,吴越春秋,：,“,黃帝之後，楚有弧父。弧父者，生於楚之荊山，生不見父母，為兒之時，習用弓矢，所射無脫。以其道傳於羿，羿傳逄蒙，逄蒙傳於楚琴氏，琴氏以為弓矢不足以威天下。当是之时，诸侯相伐，兵刃交错，弓矢不威不能制服，,楚琴氏乃横弓着臂，施机设枢，加之以力。,然后诸侯可服。,”,墨子,备高临,：,“,备临以,连弩,之车，材大方一尺，长称城之薄厚。两轴三轮，轮居筐中，重下上筐。左右（旁）二植，左右有衡植。衡植左右皆圆内，内径四寸。左右缚弩皆于植，以弦钩弦，至于大弦。弩臂前后与筐齐，筐高八尺，弩轴去下筐三尺五寸。,连弩机郭用铜,。一石三十钧。引弦鹿长奴。筐大三围半，左右有钩距，方三寸，轮厚尺二寸，铜距臂博尺四寸，厚七寸，长六尺。横臂齐筐外，蚤尺五寸，有距，搏六寸，厚三寸，长如筐，有,仪,，有诎（,qu,）胜，可上下”。,汉代蹶张弩,(,武氏祠,),汉代蹶张弩,(,山东沂南,),唐,神機制敵太白陰經,卷四，,攻城具篇,：,“,车弩为轴转车，车上定十二石弩弓，以铁钩连轴，车行轴转引弩持满弦，挂牙上弩，为七衢：中衢大箭一簇，长七寸围五寸，箭笴长三尺围五寸，以铁叶为羽，左右各三箭，次差小于中箭，其牙一发，诸箭皆起，及七百步所中，城垒无不崩溃，楼橹亦颠坠”。,三弓床弩（,武经总要,）,诸葛连弩图（,武备志,）,中国传统射箭的瞄准方法,墨子,备高临,：,“,备临以连弩之车，,连弩机郭用铜,有距搏六寸，厚三寸，长如筐，,有仪,，有诎胜，可上下。,”,韩非子,用人,：,“,释仪的,而妄发，虽中小不巧,。”,韩非子,：,“,莫能复其处，不可谓善射，,无常仪的，,则以妄发而中秋毫为拙。,”,淮南子,真俶训,：,“,今夫善射者有,仪表之度,，如工匠有规矩之数，此皆所得以至于妙。,”,淮南子,齐俗训,：,“,夫一仪不可以百发，一衣不可以出岁，,仪必应乎高下,，衣必适于寒暑，是故世异则事变，时移则俗易,”。,梦溪笔谈,：,“,予顷年在海州，人家穿地得一弩机，其,“望山”,甚长，“望山”之侧为“小矩”，如尺之有分寸。原其意，以目注镞端，以“望山”之度拟之，准其高下，正用算家句股法也。,太甲,曰：“往省括于度则释”，疑此乃度也。汉陈王宠善弩射，十发十中，中皆同处。其法以“天覆地载，参连为奇，三微三小，三微为经，三小为纬，要在机牙”。其言隐晦难晓。大意天覆地载，前后手势耳；,参连为奇，谓以度视镞，以镞视的，参连如衡，此正是句股度高深之术也。,三经三纬，则设之于堋，以志其高下左右耳。予尝设三经三纬，以镞注之，发矢亦十得七八。设度于机，定加密矣,。”,沈括引文原自,后汉书,曰：“,宠射，其秘法以天覆地载，参连为奇。又有三微、三小。三微为经，三小为纬，经纬相将，万胜之方，然要在机牙,。”,带刻度的弩机,明代李呈芬,射经,：,“,故的分远近而前手应之。如把（靶）子八十步，前手与前肩对；把子一百步，则前手与眼对；把子一百三、四十步，则前手与眉对。其最远至一百七、八十步，则前手必与帽顶对矣。,凡把子五十步近者，前手下前肩二寸，直对把子中射之。把子三十步者，前手与左胯对，正望把子根底射之。,”,明代,武编,：,“,愿闻望敌仪表投分飞矢之道。音曰：,夫射之道，从分望敌，合以参连。,弩有斗石，矢有轻重。石取一两，其数乃平。远近高下，求之铢分。道要在斯，无有遗言,”。,弩箭发射示意图,古人对弓体弹性的经验认识,考工记,：,“弓人为弓取六材必以其时六材既聚巧者和之干也者以为远也角也者以为疾也筋也者以为深也胶也者以为和也丝也者以为固也漆也者以为受霜露也”,“弓有六材焉，维干强之，张如流水。维体防之，引之中参。维角撑之，欲宛而无负弦，引之如环，释之无失体，如环。,材美，工巧，为之时，谓之参均。,角不胜干，干不胜筋，谓之参均。,量其力，有三均。,均者三，谓之九和。九和之弓，角与干权，筋三侔，胶三锊，丝三邸，漆三斞。上工以有余，下工以不足,。”,郑玄注,：,“,参均者，谓若干胜一石，加角而胜两石，被筋而胜三石，引之中三尺。假令弓力胜三石，引之中三尺，弛其弦，以绳缓擐（,huan,）之，每加物一石，则张一尺，故书胜,。”,贾公彦对郑玄注的疏解,：,“,此言弓未成时，干未有角，称之胜一石；后又按角，胜二石；后更被筋，称之即胜三石。引之中三尺者，此据干角筋三者具总，称物三石，得三尺。若据初空干时，称物一石，亦三尺；更加角，称物二石，亦三尺；又被筋，称物三石，亦三尺。郑又云假令弓力胜三石，引之中三尺者，此即三石力弓也。必知弓力三石者，当弛其弦，以绳缓擐之者，谓不张之，别以一条绳系两箫，,乃加物一石张一尺，二石张二尺，三石张三尺。”,“,加物三石，弓张三尺”示意图,老亮,材料力学史漫话,把郑玄对,考工记,的注：“一石张一尺，二石张二尺，三石张三尺”，看作是中国古人早于胡克,1500,年前发现了弹性定律。,钱临照,：“关于,Hooke,定律之发现讨论，甚佩所见。此论应在中学教科书中提及，但列为物理学名词中是否应作郑玄,-,虎克定律似尚可讨论也。”,钱令希,：“作者发现我国郑玄,(127200),发现材料弹性定律比英国虎克,(R.Hooke),在,1687,年的发现要早约,1500,年。这个重大发现已获得国内外同行的重视与引用。我支持作者的建议：应将这个史实在中学物理等有关教材中以及各种力学词书中给予介绍。一是尊重科学发展的历史事实，二是长我国学者的士气。”,王仁,：“关于弹性定律的问题，郑玄在周礼郑氏注中明确指出每加物一石，则张一尺的线性规律，比目前认为是虎克提出的要早,1500,年，而且确实也是很明确的，只是后来没有人再加以发挥和应用，所以我觉得提郑玄,-,虎克定律也是应该的，在中学物理教材，在材料力学教材中都可以这样提出”。,第二节 对物体运动的认识,运动的定义,墨经,：“动，或徙也。”,“止，以久也。”,墨经,“,行修以久，说在先后。”,“行者必先近而后远。远近，修也；先后，久也。民行修必以久也。”,速度概念的萌芽,管子,.,乘马,：,“天下乘马服牛，而任之轻重有制。有一宿之行，道之远近有数矣。”原注：“一宿有定准，则百宿可知也。”,九章算术,卷七,盈不足,：,“今有良马与驽马，发长安至齐。齐去长安,3000,里。良马初日行,193,里，日增,13,里。驽马初日行,97,里，日减半里。良马先至齐，复还迎驽马。问：几何日相逢及各行几何？,答曰：十五日一百九十一分日之一百三十五而相逢。良马行四千五百三十四里一百九十一分里之四十六，驽马行一千四百六十五里一百九十一分里之一百四十五,。”,九章算术,卷七,盈不足,：,今有垣厚五尺，两鼠对窜。大鼠日一尺，小鼠也日一尺。大属日自倍，小鼠日自半。问几何日相逢，各窜几何？,今有垣高九尺。瓜生其上，蔓日长七寸；匏,po,生其下，蔓日长一尺。问几何相逢？瓜、匏各长几何？,今有蒲生一日长三尺，莞生一日长一尺。蒲生日自半，莞生日自倍。问几日而长等？,“,力学相对性原理”,尚书纬,.,考灵曜,：,“,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，春秋两分其中矣。地常动移而人不知，譬如人在大舟中闭牖而坐，舟行不觉也。”,（明代陶宗仪,说郛,辑,尚书纬,.,考灵曜,）,尚书纬,毁于隋代，现各家辑佚本中，关于这段话的文字有所不同，但意思基本一致。如孙珏辑,古微书,卷一：“地恒动不止，而人不知。譬如人在大舟中，闭牖而坐，舟行而人不觉 也。”,伽利略,1632,年出版,两大世界体系的对话,：,“把你和一些朋友关在一条大船甲板下的主仓里，再让你带几只苍蝇、蝴蝶和其它小飞虫。然后，挂上一个水瓶，让水一滴一滴地滴到下面一个宽口罐里。船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向各个方向飞行，鱼向各个方向随便游动，水滴滴进下面的罐子中。你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，你向这一方向不比向另一方向用更多的力。你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相等。当你仔细观察了这些情况后（虽然当船停止时，事情无疑一定是这样发生的），再,使船以任何速度前进，只要运动是匀速的，也不忽左忽右地摆动。你将发现，所有上述现象丝毫没有变化，。你无法从其中任何一个现象来确定，船是运动还是停着不动。,”,唐代僧一行（,新唐书,历志三下,）：,“日南至，其行最急，急而渐慢，至春分及中而后退。迨日北至，其行最舒，而渐益之，以至秋分又及中而后益急。”,五代王朴（,旧五代史,历志,）：,“星之行也，近日而疾，远日而迟,，去日极远，势尽而留。”,第三节 力与运动,势,荀子,王道,：,“虽有国士之力，不能自举其身，非无力也，,势不可也,。”,韩非子,观行,：,“有乌获之力，而不得人助，不能自举；”“乌获轻千钧而重其身，非其身重于千钧也，,势不便也,。”,淮南子,兵略训,：,“加巨斧于桐薪之上，而无人力之举，虽顺招摇，挟刑德，而弗能破者，以其,无势也,。”,西汉韩婴,韩诗外传,：,孔子曰：“,虽有国士之力，不能自举其身。非无力也，,势不便也,。”,淮南子,主术训,：,“,得势之利,者，所持甚小，其存甚大；所守甚约，其制甚广。是故十围之木，持千钩之屋；五寸之键。制开阖之门。岂其材巨小足哉，所居要也。”,合力：,淮南子,：,“,积力,所举，无不胜也；”“力胜其任，则举之者不重也。”,淮南子,主术训,：,“,夫举重鼎者，力少而不能胜也，及至其移徙之，不待其多力者。”,明代茅元仪,武备志,：,合力,者，积众弱以成强也。今夫百钧之石，数十人举之而不足，数人举之而有余，其石无加损，力有合不合也。故夫堡多而人寡者必并，并则力合，力合则变弱为强也。,东汉牛耕画像石,第四节 对浮力现象的认识,庄子,逍遥游,：,“且夫水之积也不厚，则其负大舟也无力。覆杯水于坳堂之上，则芥为之舟。置杯焉，则胶。水浅而舟大也。风之积也不厚，则其负大翼也无力。”,墨子,经下,：,“荆之大，其沉浅也，说在,具,”。,孙子兵法,卷五,势篇,：,激水之疾，至于漂石者，,势,也。势如彍,gu,张，节如发机。（杜佑注：“彍，张也，言形势之彍如弩之张，奔击之易如机之发也。”）,慎子,.,逸文,：,“燕鼎之重乎千钧，乘于吴舟，则可以济。所托者，,浮道,也。”,韩非子,功名,：,“千钧得船则浮，锱铢失船则沉，非千钧轻而锱铢重也，有,势,之于无势也。”,淮南子,.,原道训,：,“圆者常转，窾（,kuan,）者主浮,自然之,势,也。”,杨泉,物理论,：,“鸿毛一羽，在水而没者，无势也；黄金万钧，在舟而浮者，托舟之,势,。”,三国志,邓哀王传,：,“邓哀王冲，字仓舒，少聪颖歧嶷,y,，生五六岁，智意所及，有若成人之智。时孙权曾致巨象，太祖欲知其斤重，访之群下，咸莫能出其理。冲曰：置象大船之上，而刻其水痕所至，称物以载之，则校可知矣。太祖大悦，即施行焉。”,陈寅恪考证认为，此系佛教故事流传中国演化而成。季羡林也持这种观点。,晋代苻朗,苻子,：,“朔人献燕昭王以大豕,sh,王乃命豕宰养。六十五年大如沙坟，足如不胜其体。王异之，命衡官桥而量之。折十桥，豕不量。又命水官舟而量之，其重千钧,”,第五节 杠杆机械的应用,庄子,天地,：,桔槔,子贡南游于楚，反于晋，过汉阴，见一丈人方将为圃畦，凿隧而入井，抱瓮而出灌，搰搰,(ku),然用力甚多而见功 寡。子贡曰：“有械于此，一日浸百畦，,用力甚寡而见功多,，夫子不欲乎？”为圃者卬而视之曰：“奈何？”曰：“凿木为机，后重前轻，契水若抽，数如泆汤，其名为槔。”为圃者忿然作色而笑曰：“吾闻之吾师，有机械者必有机事，有机事者必有机心。机心存于胸中则纯白不备。纯白不备则神生不定。神生不定者，道之所不载也。吾非不知，羞而不为也。”子贡瞒然惭，俯而不对。,杠杆装置具有“用力,甚寡,而见功多”，刘仙洲说这是世界上关于机械的最早定义。机械的本质就是省力或省功。,庄子,.,祛箧,：“为之权衡以秤之。”,荀子,.,礼论,：“衡诚悬矣，则不可欺以轻重。”“衡者，平也。”,慎子,：“悬于权衡，则毫发辨矣。”“悬于权衡则厘发之不可差。”（,意林,卷二）,礼记,.,月令,：“秤上曰衡，秤锤曰权。”,汉书,.,律历志,：,“衡权者，衡，平也；权，重也。衡在于任权而均物，平轻重也。”,广雅,：“秤谓之衡，锤谓之权。”,墨经,：,杠杆平衡,“,衡加重于其一旁必捶权重相若也相衡则本短标长两加焉重相若则标必下标得权也。”,长沙出土楚国天平和砝码,谭峭,化书,：,“转万斛之舟者，由一寻之木；发千钧之弩者，由一寸之机。”,“得天地之纲，知阴阳之房，见精神之藏，则数可以夺，命可以活，天地可以反覆。”,第六节 关于机器人的设想,周穆王西巡狩，越昆仑，不至弇（,yan,）山。反还，未及中国，道有献工人名偃 师。穆王薦,(,jin,),之，问曰：若有何能？偃 师曰：臣唯命所试。然臣已有所造，愿王先观之。穆王曰：日以俱来，吾与若俱观之。越日偃师谒见王。王薦之，曰：若与偕来者何人邪？对曰：臣之所造能倡者。穆王惊视之，趣步俯仰，信人也。巧夫,钅页,han,其颐，则歌合律；捧其手，则舞应节。千变万化，惟意所适。王以为实人也，与盛姬内御并观之。技将终，倡者瞬其目而招王之左右侍妾。王大怒，立欲诛偃 师。偃师大慑，立剖散倡者以示王，皆傅会革、木、胶、漆、白、黑、丹、青之所为。王谛料之，内则肝胆、心肺、脾肾、肠胃，外则筋骨、支节、皮毛、齿发，皆假物也，而无不毕具者。合会复如初见。王试废其心，则口不能言；废其肝，则目不能视；废其肾，则足不能步。穆王始悦而叹曰：人之巧乃可与造化者同功乎？,”（,列子,汤问,）,西晋傅玄,傅子,中记述三国,马钧,制造机器人：,“有上百戏者，能设而不能动。帝（指魏明帝）以问先生（指马钧）：可动否？钧曰：可动。帝曰：其巧可益否？对曰：可益。受诏作之。以大木雕构，使形若轮。平地旋之，潜以水发焉，设歌乐舞象，至令人击鼓吹箫。作山岳，使木人跳丸、掷剑、缘縆倒立，出入自在。百官行署，舂磨斗鸡，变巧百端。”,晋代人陆翙（,hui,）,邺中记,有,石虎,制作金佛和木道人：,“虎性好佞佛，众巧奢靡，不可纪也。尝作檀车，广丈余，长二丈，四轮。作金佛像坐于车上，九龙吐水灌之。又作木道人，恒以手摩佛心腹之间。又十余木道人，长二尺余，皆披袈裟绕佛行。当佛前，辄揖礼佛，又以手撮香投炉中，与人无异。车行则木人行，龙吐水。车止则止。”,晋代道士王嘉,拾遗记,：周灵王时有“玉人皆有机戾，自能转动，谓之机妍。”（,太平广记,月镜,）,黄履庄小传,黄履庄制造“奇器”：,“木人”、“木狗”、“木鸟”、“双轮小车”,“木人”长约,1,寸，用刀雕琢而成，“能自行走，手足皆自动”。,“木狗”能“自动”吠叫，“置门侧，卷卧如常，惟人入户，触机则立吠不止，吠之声与真无二，虽黠者不能辩其真伪也。”,“木鸟”体内有动力装置，可能是发条。将其“置竹笼中，能自跳舞飞鸣，鸣如画眉，凄越可听。”,“作双轮小车一辆，长三尺许，约可坐一人，不烦推挽能自行。行住，以手挽轴旁曲拐，则复行如初。随住随挽，日足行八十里。”,古人对力学现象的认识,生活实践及观察经验：,弓弩的使用与技术提高,杠杆装置的应用,对于力学现象的观察,对于运动现象的观察,机器人的设想和实践,求知欲,