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第16章 中国古代科技史(15)

龙骨水车又叫翻车,是一种刮板式连续提水的农田灌溉工具,相传由我国三国时期杰出的机械发明家马钧发明或予以完善、推广,是世界上最早出现的一种较先进的流传最久远的农用水车。它主要由水槽、木链、刮板等组成,卧于矩形长槽中,节节木链像根根龙骨,所以得此名称。提水时,将车身斜置安放在河边(或水边),下端水槽和刮板直伸水中,利用链轮传动原理,最先以人力为动力,后扩展利用畜力、水力和风力,以手摇、脚踏、牛转、水转或风转驱动链轮,带动木链周而复始地翻转,装在木链上的刮板就能顺着水槽刮水上升,到长槽上端将水送到岸上,我国古代链轮传动的最早应用就是在翻车上,是农业灌溉机械的一项重大改进。“灌水自覆,更入更出”,如此连续循环,把水输送到需要之处,可连续不断地提水,效率比其他农田灌溉提水工具高得多,结构合理,制作简便,便于操作搬运,运转轻快省力,儿童都可操作,还可及时转移取水点,因此翻车问世后,迅速得到推广,一代一代流传下来,成为我国农村汲水最好的工具,对灌溉农田,发展农业生产,发挥了巨大的作用。而它的链轮传动、翻板提升的原理,被现代的斗式挖泥机,挖泥船应用了下来,赋予了新的生命力。

被中香炉——最早的常平支架装置

我国汉晋时期的被中香炉,是世界上已知最早的常平支架装置。

被中香炉也叫卧褥香炉,大约在西汉前期即已问世。汉代著名诗人司马相如(前179~前117年)的《美人赋》中,有“金纽熏香,黼帐低垂”的诗句,据宋代学者章樵注解,“鉔音匝,香球,衽席间可旋转者”,可知司马相如生活的年代已有了被中香炉。据汉晋古籍《西京杂记》记载:“长安巧工丁缓者……又作卧褥香炉,一名被中香炉……为机环转运四周,而炉体常平,可置之被褥。故以为名。”从现存的古代被中香炉可以看到,其构造精巧,由几个轴心线相互垂直的金属环构成,在中央轴心上安装一个半圆形或盂形的容器,容器中点香,外面用镂空的金属球包裹,像个多孔小球,镂空球内有两个环互相垂直且可灵活转动,点香用的炉缸就挂在内圈上,炉体可绕三个互相垂直的轴线转动。由于互相垂直的各环转轴彼此制约,以及容器自身重量的作用,无论球体香炉如何滚动,燃点香料的容器都保持着水平位置,燃点着的香料都不会外泄,点上香后放在被窝中,可以免除着火之灾。中国历代所造的被中香炉有铜的、银的、镀金的,中环轴结构有二环的,有三环的。除被中香炉外,此类结构和原理还用于其他方面,如:武则天如意年间(692年),有人制造了一种烤火取暖器。叫“木火通”,“铁盏盛火,辗转不翻”;宋代时,有一种用于舞龙的“灯球”,内盛油脂,无论舞灯者如何舞动灯火都不会溅出;又有一种女人佩挂的“香球”,不管佩挂者如何活动,内装的香料都不会掉出。

目前的常平支架的结构就是从被中香炉的轴结构演变而来的,又叫万向支架,是现代回转器(陀螺仪)的关键部分,已在工业中被广泛应用。欧洲人直到14至16世纪才利用常平支架装置制成航海罗盘。

走马灯——最早利用热气流产生机械旋转的装置

我国的走马灯是民间彩灯的一种,外形多为宫灯状,中间有一个轴,轴上有个可以旋转的小轮子,轴心插上蜡烛,轮子四周插上彩色的纸人和纸马。蜡烛上方有个风叶,蜡烛点燃以后,热气往上冲,冷空气进入补充,产生的空气对流使风叶转动,带动轮子旋转起来,轮子四周的纸人和纸马也飞快地旋转起来了。明亮的烛光把小纸人和小纸马的影子投在灯壁上,即出现人马追逐、物换景移的影像,像活动的电影一样有趣。

走马灯虽然是一种玩具式的灯,但它的原理与近代的汽轮机、燃气轮机是一样的,是世界上最早利用热气流产生机械旋转的装置。公元前121年中国人发明了走马灯,约公元180年丁缓制出一个“九层博山炉”(走马灯),公元12世纪中国人还制出了“马赛灯”。在欧洲,1550年有过一种雏形燃气轮机的记载,西方人约翰·巴特于1634年描述了走马灯,这都比中国晚了1000多年。而燃气轮机是1906年才研制成功。

其他

火的使用和最早的人工取火

人类的童年时代还不会用火,野火威胁着人类的生存,人类和其他动物一样对火非常恐惧,看见火就远远地躲开,这个时代被称为“茹毛饮血”的时代。后来,人类逐渐对火有了认识,发现被火烧过的兽肉比生的容易咬嚼和消化,靠近火可以驱寒取暖,火可以照明,野兽看见了火就要逃避,向火中加草木火就继续燃烧,雨水浇火火就熄灭,等等。经过长期的经验积累,人们终于学会了让火为自己服务。从古代遗迹中被烧过的灰烬和兽骨判断,很多科学家认为地球上最早用火的人是距今170万年以前我国的古人类“元谋人”。我国的“北京人”时期则大量用火了,在“北京人”居住过的洞穴里,发现了几层灰烬,其中最后的一层竟有6米。

据推测,原始人最初只是使用天然火,但火种不易保存。随着人们对火的进一步认识和利用,开始了人工取火。最早的取火方法是用黄铁矿拓击燧石,用冒出的火花点燃引人物而获得火种。到了旧石器时代晚期,随着钻孔和磨制技术的发展,才发明了摩擦的人工取火方法。《韩非子·五蠹》记载了我国古代隧人氏“钻隧取火,以化腥臊”的传说。说的是燧人氏用钻木的方法取得了火,用火烧肉熟食。最早的钻木取火的方法,据专家考证可能是这样的:在扁平的木块上面刻上凹穴,把棍子一端按在凹穴上,双掌夹住来回搓动。这样棍子末端与木板结合处发生剧烈摩擦,产生许多木屑,并因摩擦而生热,等碎木屑热到一定程度就会产生火星,燃起火焰。在春秋战国时期,古人开始使用火镰、火石来取火,用铁制火镰敲击坚硬的燧石,因摩擦使剥落的铁屑受热而表面氧化,生成火星,火星落在易燃的纤维上,就产生了火焰。随着技术的进步,聪明的中国古人进一步发明了利用太阳取火的方式——阳燧取火。阳燧是用钢制成的凹面镜,太阳光经过阳燧的凹面反射,聚集到焦点上,时间久了便会使放在焦点处的易燃物燃烧。

对火的利用是人类支配自然力的伟大开端,是继石器制作之后在人类获取自由的征途上又一件划时代的大事,开创了人类进一步征服自然的新纪元。恩格斯说:“就世界性的解放作用而言,摩擦生火还是超过了蒸汽机,因为摩擦生火第一次使人支配了一种自然力,从而最终把人同动物界分开。”

我国最早的文字

汉文字起源很早。在距今6000多年前的仰韶文化和马家窑文化等遗址中出土的彩陶钵的口沿上,发现已有各种各样的刻画符号50余种,这些刻画符号可能代表中国古代文字的起源。

商代时,贵族尊崇鬼神,遇事便占卜,他们把卜辞用刀刻在龟甲和兽骨的平坦面上,主要是刻在龟腹甲和牛肩胛骨上,涂上红色标示吉利,黑色标示凶险,后人把这种文字称作甲骨文,也叫卜辞。甲骨文最初出土于河南安阳小屯村殷商(第二十代国君盘庚)故都废墟,故又称殷墟文字,距今已3000多年。这些甲骨约从19世纪80年代开始被人发现后搜挖,作为“龙骨”卖给药店。清末金石学家王懿荣1899年发现甲骨后,确定为“殷商故物”进行收集,是我国研究殷墟甲骨文字之始。自此以后,殷墟甲骨文才从“龙骨”变成了珍贵的古代文化研究资料。据《甲骨文编》载,已发现的甲骨文单字在4500字左右,可认识的约1700字,是现存最早最珍贵的历史文物。甲骨文是我国已经发现的时代最早、已具有严密结构的系统的成熟文字。它的文字结构已经由独体趋向合体,在字形结构方面指事、象形、形声、会意皆已齐备,在文义使用上转注(即义近通用)、假借(音近通用)也都很清楚。今天的汉字,仍是以象形字为基础的形符文字,因此甲骨文已具备后代汉字结构的基本形式。从语法上看。甲骨文中有名词、代名词、动词、形容词等,其句子形式、结构序位也与后代语法基本一致。

商代还有一种铸或刻在青铜器上的铭文,称为金文,也叫钟鼎文,字体和甲骨文相近。金文字体整齐道丽,古朴厚重,和甲骨文相比,脱去板滞,变化多样,更加丰富了。金文在汉武帝时就已被发现。周宣王时铸成的《毛公鼎》上的金文具有代表性,其铭文共32行,497字,是出土的青铜器铭文最长者和佼佼者。

陶文是中国战国时代陶器上的文字,一般只有儿个字,大都是印文,内容均为人名、官名、地名、工名、吉祥语和制造年月等。

甲骨文、金文和陶文都是中国最古老的文字。

十二平均律

十二平均律是我国明代音乐理论家和数学家朱载堉发明的。他写成《律学新说》,提出了十二平均律的理论。

律是指音阶中每个音的音高规律。至少在西周初期,我国就在一个音阶中确定十二个律了。十二平均律也叫十二等程律,它把一个音阶精确地分为十二个相等的半音,使各相邻两律问的频率差都是相等的,故称十二平均律。

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