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古代中国的物理学贡献
学校:榆中县恩玲中学
课题组:高一(15)班第5组
组长:杨文浩
成员:丁梓雪、石丽琼、马子超、马晓智、王伟鑫、王亚婓、岳慧媛、裴小红、吴霞、张清清、罗飞、杨凯丽、陈隆、金仁忠、强德珍
指导老师:任德鑫
研究时间:2012年3月——2012年6月
摘要:
物理,古人云“事物的道理”,为历代大儒名宦所重。古代中国人不仅记述了许多物理现象,发现了一些物理规律或定理,尚有饱含物理知识的诗词歌赋***。本文展现了中国古代科学在物理学方面的概貌。中国古代物理学可与西方同一时期相比的有力学与光学两个分支;在电磁学和热学方面,中国取得了远胜于西方的成就;在声学,特别是在乐律方面更是成绩卓著。
关键词:中国、古代、物理学、贡献
正文:
在古代,物理则与日常生活息息相关。依据生产技术和社会形态以及科学著作诞生年代,选择具有代表性的跟物理学有关的记载,介绍中国古代物理学发展概况.
1、远古到西周(公元前770年以前)
,西周时代手工业特别发达,出现了
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“百工匠”;如造车轮的“轮匠”,造车轴的“轴匠”,造箭的“矢匠”等。在这些手工技术中有丰富的物理学知识,但人们没有认识。
2、奴隶社会向封建社会过渡期(公元前770年—前221年)
此时期对物理学知识有了系统研究和论述,主要著作有:《墨经》和《考工记》、热、光等都有论述。
《墨经》最早对力下了定义:“力荆之所以奋也”.意思是力是使物体运动状态改变的原因.《墨经》:“宇或徒,说在长宇久”;“行修以久,说在先后。”意思是说物体位置改变是空间随着时间自近而远的持续增长。“墨经”还最早论述了“杠杆原理”和“浮体平衡原理”。《》中的:“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。”意即在一定外力条件下,较重的物体运动较慢,其开始运动和加快运动也难。《论衡》中:“古之多力者、身能负荷千钧。手能决角伸钧,使之自举,不能离地”。最早提出系统的内力不能使物体运动的结论。
《考工记》中:“凡铸金之状,金(铜)与锡;黑蚀之气竭,黄白次之;黄白气竭,青白次之;青白之气竭,。”是我国最早对温度的认识,这段大意是在熔炼金属过程中,根据物体颜色判断物体冷热程度。
《论衡》中:“云雾、雨之徽也,夏则为露,冬则为霜,温则为雨,寒则为雪,雨露冻凝者,皆由地发,不从天降也。”的论述是世界上最早分析一年四季物态变化形成的原因。《》中的论述:
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“夫近水则寒,近火则温,远则渐微。何则?气之所加,远近有差也”。是世界上最早对热传导的论述。
春秋末期(约公元前5世纪)《管子·地数篇》有:“山上有慈石,其下有铜金"。约公元前239年的《吕氏春秋·精通》中有:“慈石召铁,或引之也”.这是世界上最早对磁现象的认识。
《论衡·率性篇》中:“取火于天,五月丙午日中之时,消炼五石(五石可能指石英石)。铸以为器,磨砺生光,仰以向日,则火来至。”《淮南万毕术》载道:削冰为圆,举以向日,以艾承其影,则火生”。以上说明用透镜聚光取火,即叫“阳隧”。《淮南万毕术》中的“取大镜高悬,盛水盆于其下,则见四邻矣”记述了我国最早创制的开管式潜望镜。
《墨经》著作中有八条对几何光学的专门论述,这八条主要论述了:光的直进性和小孔成像,平面镜反射及成像,球面镜成像。
小孔成像
我国古代很早就对共振现象有记述,公元前3世纪—4世纪的《庄子》一书就记载了调瑟时发生的共振现象。这种基音与泛音共振现象的发现比西方早得多,欧洲直到15世纪才由达·芬奇首次进行共振实验。《墨子·备穴篇》还记述了共振现象的具体应用:在城墙根下每隔几米,挖一个坑,坑内埋置容量为70升
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—80升的陶瓮,瓮口蒙上皮革。若有敌人挖地道攻城,可以根据各陶瓮声响情况,确定敌人挖掘的位置和方向。
3、从秦、汉到隋唐五代(公元前221年—公元960年)
这个时期制造了许多大型复杂机械:西汉初的指南车和记里鼓车;张衡(78年—139年)的浑天仪和地动仪:毕岚的“翻车”(即龙骨水车)和名为“渴乌”的虹吸管;(公元2世纪)唐僧一行梁令珑的水运浑仪。(公元725年)此时期主要科学代表著有:东汉王充(27年—约79年)所著的《论衡》,东汉(25年—220)年的《淮南万毕术》。
《》中的:“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。”意即在一定外力条件下,较重的物体运动较慢,其开始运动和加快运动也难。《论衡》中:“古之多力者、,使之自举,不能离地。”最早提出系统的内力不能使物体运动的结论。
是世界上第一架测验地震的仪器。中国东汉时期天文学家张衡于汉顺帝阳嘉元年(132)制成,候风地动仪用精铜制成,,其外形像一个大型酒樽。地动仪里面有精巧的结构,主要为中间的都柱(相当于一种倒立型的震摆)和它周围的八道(装置在摆的周围的8组机械装置)。在樽的外面相应地设置8条口含小铜珠的龙,每个龙头下面都有一只蟾蜍张口向上。如果发生较强的地震,都柱因受到震动而失去平衡,这样就会触动八道中的一道,使相应的龙口张开,小铜珠即落入蟾蜍口中,由此便可知道地震发生的时间和方向。据史料记载,候风地动仪曾成功地记录了138年发生在甘肃的一次强烈地震,从而证明了它的准确性和可靠性。
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候风地动仪
公元初年,王莽变法改制,制作了一种铜卡尺。,分固定尺和活动尺两部分。尺的正面刻有寸、分等刻度。从原理、性能、用途看,这个游标卡尺同现代的游标卡尺十分相似,但它比西方科学家制成的游标卡尺早1700多年。
铜卡尺
公元4世纪前成书的《西京杂记》记载了长安工匠丁缓发明的被中香炉。当将香炉中的檀香木块点燃后,可以把香炉随便放进被子里,不仅不会烧坏被子,连香炉灰也不会撒出来。奥妙在于炉内有一种叫“常平架”的装置,它由内外两个金属环组成,两环用转轴联结,外环又通过另一转轴与外架联结。这种常平架装置在近代航海磁罗经、电罗经上有广泛应用。欧洲直到16世纪才出现常平架装置,比中国晚了1600多年。
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《淮南万毕术》道:“磁石柜茶”。说明了人们已经认识了磁石(磁极)之间存在着相互推斥力作用。《论衡·是应篇》道:“司南之构,投之于地,其抵指南。”人们制造了指南针(句状司南)。东汉时期思想家王充写的《论衡》书中“司南之杓,投之于地,其柢指南”的记载,考证并复原勺形的指南器具。磁石的南极(S极)磨成长柄,放在青铜制成的光滑如镜的底盘上,再铸上方向性的刻纹。这个磁勺在底盘上停止转动时,勺柄指的方向就是正南,勺口指的方向就是正北,这就是传统上认为的世界上最早的磁性指南仪器,叫做司南。其中,“司”就是“指”的意思。
《论衡》中:“云雾、雨之徽也,夏则为露,冬则为霜,温则为雨,寒则为雪,雨露冻凝者,皆由地发,不从天降也。”的论述,是世界上最早分析一年四季物态变化形成的原因。《论稀·寒温篇》中的论述:“夫近水则寒,近火则温,远则渐微。何则?气之所加,远近有差也。”是世界上最早对热传导的论述。
《论衡·变虚篇》中:“令人操行变气远近,宜与鱼等;气应而变,宜与水均。”意思是人的行动(包括说话)使其周围的“气”发生振动,并能向外传播,如同鱼使水振动的水波一样向外传播。
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中国古代不仅很早就懂得共鸣现象,还掌握了消除共鸣的方法。唐代著作《刘宾客嘉话录》记载了这方面的一个故事:洛阳某和尚的房里挂有一个磬,经常自鸣发声,和尚因此惊忧成疾。一天朋友曹绍夔来访,发现磬的自鸣是由寺院的钟声引起的,就用锉把磬锉磨了几下,果然,钟再响时磬不再自鸣了。
《论衡》中的“顿牟掇芥慈石级缄”。(顿牟;墟泊;芥;=种很轻草木;械;针;缀;吸引);说明人们已经对电、磁有了相当深刻的认识。
在欧洲,人们对时间和空间的认识是割裂的,孤立的,直到20世纪初,相对论才把空间和时间科学地统一起来。但在中国古代,远在先秦时期,不少哲人就把空间和时间联系起来考虑。战国时期成书的《管子·宙合》篇,把时间称为“宙”,空间称为“合”,其中说,“天地,万物之橐,宙合又橐天地”,意思是说,万物都包涵在天地之内,而天地又包涵在时空的“宙合”之中。墨家对时空的认识又有了新发展,他们把空间称为“宇”,包括东南西北、四面八方的各种不同场所和方位,把时间称为久,“宇久”就是现代的宇宙。
4、宋、元时期(960年—1369年)
:北宋沈括(1031年—1095年)著的《梦溪笔谈》;北宋曾公亮(999年—1078年)著的《武经总要》;北宋李诫(1035—1110年)著的《营造法式》;北宋苏颂(1020年—1101年)、韩公廉(生卒年代不详)著的《新仪象法要》;元代赵友钦(1279年—1368年)著的《革象新书》,我国四大发明中的三大发明***、指南针和活字印刷术也是这个时期产生的。
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