古代科技文化景区 文字说明(十)

  中国是世界上机械发展最早的国家之一。机械结构设计有许多发明和创造，动力的利用亦有自己的特点。
   中国古代在弹力、重力、杠杆、滑轮、轮与轴等简单机械的使用上都取得一定的成就。弓箭在大约一万年前已被发明和使用。四千多年前中国先民使用陶轮制作精美的陶器，轮与轴已得到应用。公元前二千年的夏朝时，相传奚仲又利用轮与轴的原理制造车辆。在商代的一些车马坑遗址中，多次发现单辕、两轮和方形车箱组成的木质马车，当时轮与轴的使用已很普遍。对杠杆的认识和利用也有着悠久的历史。春秋时期用了桔槔一利用杠杆原理提水的机械，用其提水可以减轻劳动强度。从考古发掘中看到，战国时期中国已有了天平，天平是精密的衡器，它的制作和使用，证明当时人们对杠杆原理的认识已达到相当高的水平。中国古代先民对重力的使用也很久远。在六千年前的新石器时代遗址中曾发现大量的网坠，网坠可利用自身的重量将鱼网张开捕鱼。尖底瓶的使用告诉我们，中国古代对重心、重力已能综合利用。
   汉代出现了将各种简单机械综合利用的多种机械。杜诗发明的冶铁水排就是这种机械的典范。利用轮与轴制作了水轮，以水为动力推动水排进行工作；利用凸轮、连杆推动皮索为炼炉鼓风；利用竹杆的弹力，通过绳索拉开皮橐使之重新充气，以备再次鼓风。冶铁水排的制作充分说明了三千多年前汉代的机械制造水平。
   中国古代在机械的动力的利用上，有许多成就。除以人力作为动力源外，还较早地利用了畜力、水力、风力和热力。三千多年以前已经使用役畜，马挽车，牛耕田、牛挽车都是对畜力的直接使用。利用自然水流的冲力带动工作机运转，也有较长的历史。汉代已使用水排、水碓。唐代制作的筒车，以水为动力，可以昼夜不停地运转。筒车提水灌溉农田节省了大量劳力，还能形成自流灌溉，至今仍在使用。中国古代还运用热力驱动机械运转动。宋代的走马灯是利用蜡燃烧时的上升热气流推动平放的叶轮专动，从而使灯中的骑马纸人转动。它是世界上最早利用热能的实例。
   中国古代对风力的利用亦很久远。商代，甲骨文中已有“帆”字出现。帆不仅可以利用风力驱动船只，还可驱动翻车一类工具。在今天东南沿海一带盐田里，仍能看到风力翻车的身影。
   早在春秋时期，中国已制造与使用了滑轮和辘轳。当时，制成了将滑轮和辘轳联合运作的可升降的巢车。当需要观察敌情时，用辘轳通过绳索和滑轮将用皮革包裹的小木室升起，人立其中察看敌阵，以确定作战方案。辘轳还被用作采矿的提升设备，湖北大冶铜绿山古矿冶遗址中曾出土过提升矿石的工具辘轳。
   关于齿轮的制作和使用可追溯到公元前七世纪的春秋时期。山西侯马曾出土春秋时期铸造金属齿轮的范。河北武安出土过战国时期的铁齿轮。东汉时还制作了人字形齿的齿轮。汉代利用齿轮系减速传动原理制成记里鼓车。三国时期魏人马钧又以齿轮传动系统，造出具有齿轮离合装置的指南车。
   中国古代对于机械原理的认识和运用是非常深刻和巧妙的。“被中香炉”就是设计制作的典范。据文献记载，“被中香炉”在西汉时已经可以制作。1963年在陕西西安沙坡村出土一件一千三百年前唐代银质“被中香炉”。它由缕空的银质球形外壳、内外两层同心圆环和中心半球形炉体组成。炉体、内环、外环和外壳内壁的支承轴依次垂直安装。由于重力作用以及内中轴承的垂直设计，不论球壳如何滚动，炉口总朝向上方，炉中的香料不会撒到炉外。它的结构设计和今天船舶中的陀螺罗经仪大体一致。舰船在风浪的作用下，常骤烈摆动。然而陀螺罗经仪使罗盘总保持在一定的水平面上，这样就确保了罗盘针的准确、正常的工作。“被中香炉”和陀螺罗仪两相对照更显示了“被中香炉”制作的机械水平是相当先进的。
   车船制造在机械制造领域占有重要地位。夏商时期就有供人乘坐的车。春秋战国时期大量打造战车。秦汉时，车制发生很大变化。单辕车减少，双辕车增加；车的种类繁多，使用范围扩大。秦始皇陵出土的铜马车，称安车，独辕、驾四马，上有椭圆形车盖。汉代时还有一种辇车，形体较大，有带棚盖和不带棚盖两种。贵州兴义出土的铜辇车和四川成都出土的陶马车均属这种形制的车。作为运载工具，汉代还创制出独轮车。它由一人推动，只有一轮，在平原或山区小路均可通行，主要载物，亦可以乘人，使用方便实惠。东汉以后的数百年间，兴起了一种牛车，牛车行走平稳，便於坐卧。陕西西安草厂坡出土的牛车，即属于北魏时典型牛车。
   早在原始社会旧石器时代晚期，中国先民就使用了独木舟。最迟在商代又现了木板船。尔后根据社会需要逐渐形成了不同结构、不同规格、不同性能的各类木船系列，发展成为庞大的船舶家族。中国古代造船技术有许多重大发明，舵（包括门舵、平衡舵、升降舵）的使用、水密舱装置、龙骨设计、尖底结构、轮桨的设置等都先于世界。中国的帆篷也很有特色，属硬帆系列，能利用多面风；与舵配合使用，尤其得心应手。而其他国家多用软帆，使帆技术逊于中国，船的动力主要靠桨，所以船上往往设置很多木桨。造船技术综合反映一个时期科学技术发展的水平，体现了当时人们对流体力学、材料力学、阻力、杠杆原理、轮轴关系等等方面的认识与应用。中世纪时，中国造船技术远居世界前列。中国古船种类繁多，名船亦不胜举。特别需要介绍者有二：唐代造出使用轮形桨的车船，是近现代轮船之鼻祖；明代初年郑和航海乘坐的宝船长44丈4尺（约130米）、宽18丈，立9桅，挂12帆，是当时世界******的木帆船。
   中国古代造船及航海技术的巨大成就，促进了中外经济文化交流以及海上交通的发展。
   中科城“中国古代科技文化”以中国社会发展为脉络，以朝代为顺序，重点介绍了各时期的重大发明和发现，使人们在游乐中得到古代科技文化的薰陶和启迪。

[返回目录]