論中國古代物理

古代物理篇一：中國古代物理學貢獻

中國古代物理學貢獻

物理，古人云“事物的道理”，爲歷代大儒名宦所重。古代中國人不僅記述了許多物理現象，發現了一些物理規律或定理，尚有飽含物理知識的詩詞歌賦傳世。 本文展現了中國古代科學在物理學方面的概貌。中國古代物理學可與西方同一時期相比的有力學與光學兩個分支；在電磁學和熱學方面，中國取得了遠勝於西方的成就；在聲學，特別是在樂律方面更是成績卓著。

在古代，物理則與日常生活息息相關。下面，依據生產技術和社會形態以及科學著作誕生年代，我們選擇具有代表性的跟物理學有關的記載，介紹中國古代物理學發展概況.

一。力學方面 《墨經》最早對力下了定義：“力荊之所以奮也”.意思是力是使物體運動狀態改變的原因.《墨經》第114. 116條對時間和空間最早作出了正確定義:“宇或徒，說在長宇久”；“行修以久，說在先後。”意思是說物體位置改變是空間隨着時間自近而遠的持續增長。“墨經”還最早論述了“槓桿原理”和“浮體平衡原理”。《論衡.狀留篇》中的:“是故車行於陸， 船行於溝，其滿而重者行遲，空而輕者行疾。" “任重，其進取疾速，難矣。”意即在一定外力 條件下，較重的物體運動較慢，其開始運動和 加快運動也難。《論衡》中:“古之多力者、身 能負荷千鈞。手能決角伸鈞，使之自舉，不能 離地”。最早提出系統的內力不能使物體運動的結論。

2. 2熱學方面

《考工記》中：“凡鑄金之狀，金(銅)與錫；黑蝕之氣竭，黃白次之;黃白氣竭，青白次之；青白之氣竭，青氣次之.然後可鑄也。”是我國最早對溫度的認識，這

段大意是在熔鍊金屬過程中，根據物體顏色判斷物體冷熱程度。 《論衡》中:“雲霧、雨之徽也，夏則爲露， 冬則爲霜，溫則爲雨，寒則爲雪，雨露凍凝者， 皆由地發，不從天降也。”的論述是世界上最早分析一年四季物態變化形成的原因。《論稀 .寒溫篇》中的論述:“夫近水則寒，近火則溫， 遠則漸微。何則?氣之所加，遠近有差也”。是 世界上最早對熱傳導的論述。

2. 3磁學方面

春秋末期(約公元前5世紀)《管子·地數篇》有：“山上有慈石，其下有銅金"。約公元前239年的《呂氏春秋·精通》中有：“慈石召鐵，或引之也”.這是世界上最早對磁現象的認識。

2.5聲學方面

我國古代很早就對共振現象有記述，公元前3世紀—4世紀的《莊子》一書就記載了調瑟時發生的共振現象。這種基音與泛音共振現象的發現比西方早得多，歐洲直到15世紀才由達·芬奇首次進行共振實驗。《墨子·備穴篇》還記述了共振現象的具體應用：在城牆根下每隔幾米，挖一個坑，坑內埋置容量爲70升—80升的陶甕，甕口蒙上皮革。若有敵人挖地道攻城，可以根據各陶甕聲響情況，確定敵人挖掘的位置和方向。

3.5電學方面

《論衡》中的“頓牟掇芥慈石級緘”。(頓牟；墟泊；芥；=種很輕草木；械；針；綴；吸引)；說明人們已經對電、磁有了相當深刻的認識。

4. 2磁學方面

《夢溪筆談》第58條：“以磁石磨針鋒，則銳處指南，亦有指北者，恐石性不同”，這段話說明當時已發現了磁鐵有兩極；《夢溪筆談》第437記載的：“方

家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也。”記述的磁偏角，比西方發現地磁偏角早了四百多年。《夢溪筆談》中還介紹了指南針四種安裝法：水浮法；指甲法；碗脣法；懸絲法。

4. 3光學方面

《夢溪筆談》記述的：“陽艘向日照之.則光聚向內，離鏡一二寸，光聚爲一點，大如麻寂，着物則火發。”“陽健面窪，以一指迫而照之則正，漸遠則無所見，過此遂倒。”這是說手指在鏡面與焦點之間處成正立像.在焦點處無像，在焦點以外成倒立像，說明當時對凸透鏡聚光及球面鏡成像已進行相當成功的研究。4. 4聲學方面

《夢溪筆談》中：“欲知其應者，先調其弦，先調其弦令聲和，乃剪紙人加弦上，鼓其應弦，則紙人躍，它弦即不動。”這是沈括以紙遊碼實驗證明了聲的共振現象，比英國的諾布爾所做的“紙遊碼”實驗早500年。

總的看來，我國古代物理學知識與古代精湛的工藝技術往往密不可分，在技術的發展中，成就了我國輝煌的古代物理學。中國古代物理學有力地推動了當時的經濟、政治、文化的發展，極大地豐富了人民的生活，提高了生產效率，加速了文化的傳播。中國古代物理學同樣是世界物理學史上絢爛的一筆。

古代物理篇二：中國古代趣味物理實驗大集合

中國古代趣味物理實驗大集合

摘要：將分佈在中國古籍中的一些趣味性濃的物理實驗收集攏來予以介紹，扼要地分析了實驗原理與方法，指出其在當今物理學中的應用，對了解中國古代物理實驗產生、變化、發展的歷程具有參考價值。

繼“中國古代趣味物理實驗拾零”、“中國古代趣味物理實驗十摘”之後，又從古籍中挑選出部分趣味物理實驗予以介紹。並扼要分析實驗原理與方法。

1迎風轉秫

《帝京景物略》雲：“剖秫秸二寸，錯互貼方紙，其兩端各紅綠，中孔，以細竹橫安秫竿上，迎風張而疾趨，則轉如輪，紅綠渾渾如暈。”

這是一個利用風能去推動秫秸轉動的實驗，實驗演示了顏色合成。儀器製作與實驗過程大體如此：將去掉穗的高粱杆截成若干段，每段長二寸，剖開。分別把紅紙、綠紙剪成方形，並把它們交叉地貼在高粱杆的兩端。把高粱杆也交叉放在一起，在交叉的高粱杆的中部鑽孔，用細竹一端穿過小孔作爲轉軸，手持細竹另一端逆風行走，紙片張開，高粱杆快速轉動，狀如飛輪。此時，紅綠兩種顏色就像日暈那樣渾然一體，形成十分美麗的色環。

本實驗中的“儀器”，人們稱它爲“風車”，是一種兒童玩具。這種“儀器”，在中國古代統治者心目中，肯定不能登大雅之堂。因此，從事科學研究的人們，總是想方設法把自己的發現以玩器的形式保存下來，以啓迪思維，激發智力。

2著翼起飛

《漢書·王莽傳》雲：“取大鳥翮爲兩翼，頭與身皆著毛，通引環鈕，飛數百步墮。”這是一個滑翔飛行實驗：用大鳥羽拼合成兩隻大翅膀，用牽引線把它們固定在人身兩側，人從頭到腳裝上羽毛，然後拉着牽引線迅速奔跑，就會象鳥兒一樣飛向空中，飛行數百步掉下。我們清楚，鳥在飛行時，翅膀的上面往往向上凸起，下面平直或略微凹進。如果直接將大鳥翅膀作飛翼，或將若干鳥的羽莖拼織成鳥翼形狀，那麼人拉着“翅膀”迅跑時，空氣就相對“翅膀”向後移動。因“翅膀”上凸下平，流過“翅膀”上面的空氣，需要繞一個彎，其流速要比“翅膀”下面空氣的流速快。這樣，“翅膀”上面空氣流速快，壓強小，“翅膀”下面空氣流速慢，壓強大，使“翅膀”上下產生壓強差。這個壓強差，會產生一股把“翅膀”向上托起的升力，這個升力可把物體託向空中。

這個實驗，是人類第一次進行滑翔飛行的實驗。它驚險，有趣，儘管可能不會成功，但試驗者需承擔較大風險。由此可見，我們的祖先何等聰明和勇敢。

3水中浮丹

宋代洪邁在《夷堅志》中介紹：“宣和中，蔡魯公閉居京師，有方士持陰陽丹一兩許，如彈子大，色正紅，以獻之。置之水中，隨十二時上下，六陽時則浮上，六陰時則沉。仍各準其方位，不差晷刻。”

陰陽丹的組成成份是什麼，洪邁沒有說明。但在宋代，“水中浮丹”的研究是比較深入的，哪些材料制丹能在水中自由遊走，哪些材料制丹可在水中自動沉浮，實驗一絲不苟。蘇軾就曾提到：“獐腦黃蠟和勻染黑，投水中作蝌蚪，自然水中走動。”《格物粗談》中的“浮水金

丹”是用樟腦、銀珠搗成的。此外，《北夢瑣言》還記載了一個盆中游魚的實驗：“戍州刺史文思輅亦有戲術，曾剪紙魚投於盆內活。”從洪邁的記錄看，陰陽丹在水中的運動很像潛水艇的沉浮。這使人想起阿基米德原理：浸入液體裏的物體受到向上的浮力，浮力的大小等於它排開的液體受到的重力。由此可知，當丹的比重大於液體比重時，丹會下沉，當丹的比重小於液體比重時，丹則上浮。

樟腦丸爲什麼能在水中自動沉浮呢？原來，實驗中的“水”爲醋酸溶液，樟腦丸的比重比醋酸溶液略微大一些，所以開始時樟腦丸沉入杯底。但由於醋酸與碳酸鈉發生化學反應，產生的二氧化碳氣體聚集在樟腦丸的表面，使樟腦丸和氣泡這一整體的比重小於液體比重，樟腦丸浮了起來。當樟腦丸浮到液麪時，附在樟腦丸表面上的二氧化碳氣體逸出，剩下的氣泡連同水對樟腦丸上向的浮力支持不住樟腦丸的重量，於是又沉入杯底。

當今課堂上，有些物理或化學老師就做過這種實驗：在半杯醋酸里加入碳酸鈉數粒，然後把一粒樟腦丸放入杯裏。樟腦丸起初沉入杯底，過一會兒就會慢慢浮上來，浮到液麪後再沉下去，然後又浮起來，如此反覆，十分有趣。

4空中飛蝶

張岱在《夜航船》中指出：“竹內膜純陰，將酥塗其上，見太陽即飛，名飛蝴蝶。”這是一個什麼實驗？筆者不敢肯定。從字面上看，它好像是一個實驗裝置經過改進的“雞子舉飛”：從竹筒中取一張竹膜，將其收擾成球狀，在接口處內側塗上適量酥油，使竹膜像一個吹足空氣的氣球。然後把竹膜放在太陽下加熱，竹膜球內部空氣受熱膨脹，當球內空氣壓力較大時，空氣從酥油粘合處衝開一個缺口，這樣氣體對竹膜球產生反作用力，使竹膜球飛向空中。與“雞子舉飛”(蘇軾《物類相感志》：“雞子開小竅，去黃白了，入露水，又以油紙糊了，日中曬之，可以開起，離地三四尺。”)實驗比較，竹膜球的體積可以做得很大但重量極輕，這會使實驗更易成功。另一方面，因竹膜重量輕，將其加工成蝴蝶或其他形狀，也不至使竹膜不能起飛，但卻會使實驗變得更有趣。實驗的設計思想，的確令人佩服。

5銅蟾滴水

“古銅蟾蜍，章申公研滴也。每注水滿中，置蜍研仄，不假人力而蜍口出泡，泡殞則滴水入研，已而復吐，腹空而止。”

意思是：章申公有一個銅製研滴，形如蟾蜍，顯得非常古樸。將它放在研側，注入水，不用藉助人工操作，蟾蜍口中就能吐出水泡，泡滅水滴落入研盤，過一會又吐水泡，如此反覆，直到蜍腹中的水吐完。

這是一個利用毛細管引水入研的有趣實驗。我們清楚，水能潤溼銅，將銅管插入水中，管中液柱的高度，與液體表面張力系數、毛細管內徑以及液體與固體的接觸角有關。當液體與固體材料確定後，毛細管內徑越細，管內液柱越高。因此，用毛細管能達到引水目的。有趣的是，上述實驗中毛細管可能就設在人眼無法看見的研滴壁中，毛細管內壁較粗糙，水從蜍腹底部潤溼至向研盤方向傾斜的蜍口側而慢慢形成水滴，當水滴重力大於水的表面張力時，水滴入研盤中.

6紙銚煎茶

張岱在《夜航船》中指出：“雞子白調白礬末刷紙，作銚子煎茶，沸而不燒其紙。”雞子

白即雞蛋清，白礬即明礬。用雞蛋清與明礬粉末和勻塗刷紙上作成銚子，放在火焰上煎茶，水沸而紙不燃。

我們清楚，普通煤爐的火焰溫度約600℃，而紙的着火點是183℃，用煤爐燒紙，紙會燃爲灰燼。但用紙銚煎茶，情況就不一樣了。爐火燃燒時，銚子內的水會不斷吸熱，使紙冷卻。由於水的沸點是100℃。水會在這個溫度下變爲蒸氣將多餘的熱帶走，所以沸水溫度不會超過100℃，這個溫度低於紙的着火點，只要銚子裏的水不幹，同時注意銚子水面以上不接觸火焰，紙就不會燃燒。

爲了防止紙銚水面以上部分被火焰燃燒和紙銚滲水現象發生，同時也爲了增加紙銚能夠承受水的壓力，在紙銚上塗上雞蛋清與明礬混合物，實驗就容易獲得成功。

初中物理課本中的“紙鍋燒水”實驗，可能就是從“紙銚煎荼”演變過來的，而“紙鍋燒水”更具有說服力和驚險性。

7刻魚測雨

漢代有一個奇特的物理實驗，儀器是用玉石雕刻的魚。這種魚可能爲橢圓形、中空，髟耆尾皆具。實驗目的是以魚的鳴吼來預測天氣。原文見《西京雜記》：“昆明池刻玉石爲魚。每至雷雨常鳴吼，髟耆尾皆動。漢世祭之祈雨，往往有驗。”這個實驗巧妙地運用了共振效應，效果相當不錯。使那些不知原理的人。對石魚產生敬仰，並頂禮膜拜。

我們清楚，風暴時，強風掠過海面會產生次聲波，次聲波和風暴怒吼的聲波一起向四面八方傳播，聲波很容易被空氣和大海“吃”掉，唯有頻率很低的次聲波在傳播過程中能量損失慢、傳播距離遠。加之次聲波比風浪速度快許多倍，它能成爲風暴來臨的警報。但次聲人耳無法分辨，如果能製造一種儀器，將次聲變爲可聞聲，那麼這一裝置就成爲一種風暴報警器。石魚就是這樣一種裝置：它張口，腹空，當次聲波不斷對它施以週期性外力時，石魚作受迫振動。若聲波的策動力頻率與石魚的固有頻率成倍數關係，石魚產生非線性共振，發出聲波。其中，高頻部分爲可聞聲。此時，石魚“髟耆尾該動”，其聲學效應表現爲大聲“鳴吼”。在中國古代，利用共振效應預測天氣、地震、兵亂的例子不勝枚舉。如：“石鼓，冀縣有天鼓山，山有石如鼓，河鼓星搖動，則石鼓鳴，鳴則秦土有殃”；“陝州黃河有鍾，大水小水常自浮出，每昧朔陰雨之日輒鳴，聲響悲亮，行客聞之莫不愴然”；“康熙戊申六月十七日戌刻，山東、江南、浙江諸省，同時地大震……又天鼓鳴，鐘鼓自嗚”；“漢武帝時，未央宮前殿鍾無故自鳴，三日三夜不止。詔問太史，待詔王朔，朔言恐有兵氣。”

可見，“刻魚測雨”實驗有其堅實的`理論基礎，這些理論是在不斷觀察、分析中總結出來的。我國漢代就有如此奇妙的實驗，這的確是炎黃子孫值得驕傲的事情。

8固體傳聲

“截竹筒兩枚，空其兩端，各以一面用皮紙冒之，膠封甚固。兩筒紙面相向，取長數丈細線穿過之，使兩人各執一筒，一人屬口於此筒之空面，一人屬耳於彼筒之空面，相去數丈，屬口者隨意言語，屬耳者聽之了了，他人不聞也。”

這是一個證明固體也能傳聲的實驗。此實驗在現行初中物理課本也能找到。實驗中的裝置，叫“傳聲筒”，今稱“土電話”。很明顯，當有人對着細線一端的竹筒(發話筒)講話時，空氣發生振動，它推動皮紙與細線振動。此時，細線另一端的皮紙也跟着振動，這樣皮紙又帶

動竹筒(受話筒)內空氣振動，把聲音傳給受話的一方。這裏，話筒起着“共鳴”箱的作用。在中國古代，常常有人通過挖掘地道的方法向城內發起進攻，爲了判辨敵方是否採用這一手段，就得使人偵察。《墨經》雲：“令陶者爲罌，空四十鬥以上，固(順)之以薄革各革，置井中，使聰耳伏罌而聽之，審知穴之所在，鑿穴迎之。”

仔細分析，上述“傳聲筒”與《墨經》中的“聽甕”相似。可以認爲，“罌”相當於“聽話筒”，敵人的地道相當於“發話筒”，而連接地道與罌裏的泥土相當於“線”。不僅如此，“聽翁”裝置與當今有線電話也相似，如果把“聽翁”裝置說成是電話的始祖，應當是可以使人接受的。 9銅鏡透字

古代有一種鏡子，用銅鑄成，不僅能照人容貌，而且當光束射到鏡面時，鑄在鏡子背面的銘文圖案，還會“透”過鏡子映現在屋壁上，非常清楚。這種鏡子叫“透光鏡”，現已作爲演示實驗儀器將它搬上講臺。透光鏡始於西漢。它與編鐘、魚洗一起，被稱爲中國古代青銅三寶。

用透光鏡進行實驗演示，最早的文字記載見於隋唐的《古鏡記》，因文字較長，不作敘述。現摘北宋沈括的實驗記錄如下：

“世有透光鑑，鑑背有銘文，凡二十字，字極古，莫能讀。以鑑承日光，則背文及二十字皆透屋壁上，了了分明。”

銅鏡何以透光？沈括說：“人有原其理，以爲鑄時薄處先冷，唯背文上差厚，後冷而銅縮多。文雖在背，而鑑面隱然有跡，所以於光中現。”這種解釋合符科學道理。顯然，透光鏡鑄成後，鏡面會有肉眼不易覺察的與鏡背銘文相對應的微小起伏，這種微小起伏是在鑄造加工中形成的。鑄鏡時，鏡背的花紋凹凸處凝固收縮，產生鑄造應力，加之鏡面在研磨時產生壓應力，造成彈性形變。當鏡面研磨到一定的程度時，這些因素共同作用，使鏡面產生與鏡背銘文相應的曲率。光束照在鏡面，鏡的微小起伏經光程放大，便顯示出其“透光”效應了。關於透光鏡的文字記載還有許多，如宋代的《癸卒雜識》、《雲煙過眼錄》、元代的《間居錄》、清代的《銅仙傳》、《鏡鏡言令癡》、《前塵夢影錄》、《淵鑑類函》等等均有涉及。 10小孔成像

小孔成像是初中課本中一個重要的物理實驗，該實驗最早見於《墨經》：“景到，在午有端與景長，說在端。”“景：光之人，煦若射。下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成景於上；首蔽上光，故成景於下，在遠近有端與於光，故景庫內也。”意思是：景像倒立，在於光線交錯處有一點狀小孔，同時，影像與物體有一定長度(距離)。因爲點狀小孔極小。影像：光線照到人身上，象箭射入小孔一樣。照到人的最下部位反射而成人的最高部位，照到人的最高部位反射而成人的最下部位。人足在下遮蔽着下光，所以腳的影像映在壁的上方；人頭在上遮蔽着上光，所以頭的影像映在壁的下方。由於在物體的遠處或近處有一點狀小孔和物體被光線直線所射，所以影像倒立在窟孔裏面的壁上。

小孔成像實驗記載還有許多，北宋沈括在解釋“陽燧照物皆倒”時就涉及到小孔成像的問題：“若鳶飛空中，其影隨鳶而移，或中間爲窗隙所束，則影與鳶相違：鳶東則影西，鳶西則影東。”宋末元初的趙友欽還以樓房爲光學實驗室進行過專門研究。元代郭守敬發明的“仰儀”和“景符”也運用了小孔成像原理。

值得指出的是，上面敘述只限於“倒像”，直代清代，鄭復光才指出影屏上還能形成正像(光斑)的事實。

11懸鏡照鄰

《淮南萬畢術》雲：“高懸大鏡，坐見四鄰。”高誘注曰；“取大鏡高懸，置水盆於其下，則見四鄰矣。”我們清楚，靜止的水面是光的良好反射面，還在原始社會，人類就已注意到平靜湖面中的倒影(像)。早在殷商時代，我國就已有人利用靜止的盤水作爲照像器具，這種器具叫“水鑑”，即後來所說的“水鏡”。

在懸鏡照鄰實驗中，水盆的作用是把從大鏡反射到水盆水面的光線再反射給人眼，使人能看到宅內看不見的宅外景像。很明顯，水盆與大鏡的組合，已構成實驗裝置———潛望鏡。中學課本中的潛望鏡，通常是把兩面玻璃鏡成45°角安裝在“Ｚ”形曲管的轉彎處，而上述潛望鏡則沒有“Ｚ”形曲管，所以人們把它叫做開管潛望鏡，它是潛望鏡的鼻祖。

12杯中顯“影”

“徐州護戎陳皋供奉，行田間遇開墓者，得瑪瑙盂，圓淨無雕鏤紋，盂中容二合許，疑古酒卮也。陳用以貯水注硯，因間硯之中有一鯽，長寸許，游泳可愛。意爲偶汲池水得之，不以爲異也。後或疑之，取置缶中，盡出餘水，驗之魚不復見。復酌水滿中，須臾一魚泛然而起，以手取之，終無形體可拘。復不可知爲何寶也。餘視之數矣。”

關於容器中的顯“影”現象，張英、王士禎在《淵鑑類函》中也有記載：“真率齊筆記雲：關關贈餘本明以青華酒杯，酌酒輒有異香在內，或有桂花，或梅，或蘭，視之宛然，取之若影，幹則不見矣。”由此可知，關關贈餘本明的酒杯不止一個，且每個酒杯裝酒後會顯示出不同圖象。顯然，杯中顯“影”並非偶然，它是人們對酒杯特意加工後形成的。1979年，山西省侯馬市一工廠科技人員，通過長期研究，仿製蝴蝶杯獲得成功，其原理如下：在杯底中央嵌裝一枚凸透鏡，在杯腳裏以細彈簧(遊絲)裝上一個彩蝶，只要杯受微小干擾，彩蝶就能舞動。杯中無酒時，彩蝶在凸透鏡焦點之外，造成與人眼同側的實像，人眼視之很模糊。斟酒入杯後，這層透明的酒成了一枚凹透鏡，凸透鏡與凹透鏡組合成爲複合透鏡。複合透鏡的焦距比凸透鏡的焦距大，彩蝶便落在複合透鏡焦距之內，造成了放大的虛象，大約位於明視距離處。此時複合鏡起放大鏡作用，故人眼很清楚地看到放大了的蝴蝶。因杯拿在手裏總要受點干擾，蝴蝶也就翩翩起舞了。古人硯中可能沒有彈簧，但水面微小的波動，足以使鯽“游泳可愛”。

古代物理篇三：中國古代物理知識的代表作

中國古代物理知識的代表作

在中國古代，物理學雖一直沒有從哲學和自然科學中分化出來成爲一門獨立的科學，然而通過含有物理知識的哲學、自然科學和科技知識等著作的流傳和有關的教學活動，物理知識還是不斷地在社會上傳播，仍然得到了一定的發展，並在其運用中還有許多舉世聞名的發明創造，以致今天人們在追尋物理教學的歷史淵源時，不能不看到它們在中國的黃土地上已有最早萌發的綠芽。這裏，我們僅對古代在傳授物理知識方面比較突出的著作中的主要物理內容及其運用物理知識的典型事例，作一扼要的介紹。

一、《墨經》

《墨經》是墨家學派的著作，也是他們進行私學教育的教材。《墨經》中有關物理知識的內容，主要是在力學和光學方面。

1.力學方面

《墨經》中對時間和空間概念分別作了正確的定義。如“久，彌異時也”。“宇，彌異所也”。就是說，時間是不同時候的通稱。空間是包括各個方面的一切地點。並區分了時間和時刻的概念，如“始，當時也。”“時，或有久，或無久。始，當無久。”就是說，時間可分爲“持續（有久）的”和“非持續（無久）的”，即瞬時的兩種。“開始”則屬於“無久”的瞬時的那一種。墨家又把機械運動定義爲“動，或（域）徒也”。意思是說，運動乃是物體空間位置的變動。

《墨經》中對力的概念提出了初步的論述。“力，刑（形）之所以奮也。”即是說，力是使物體開始運動或加快運動的原因。《墨經》中還進一步把重量與力聯繫了起來，“力，重之謂。下與（舉），重，奮也”。顯然它指出了物體的重量也是一種力。並說明物體下落或向上舉時，都有力的作用。墨家以桔槔和秤的工作原理爲例，總結了槓桿的工作原理，提出了“本（重臂）”、“標（力臂）”、“權”、“重”等概念，論述了等臂槓桿和不等臂槓桿的平衡條件，並指出“挈，長重者下，輕短者上。”即槓桿的平衡，不但取決於兩物的重量，還與“本”、“標”的長短有關。可見墨家已知道了可以用兩種方法來調節槓桿的平衡，並已進行了槓桿原理的探討。

墨家還敘述了斜面上的物體失去平衡的道理，以及利用斜面來提升重物的方法。他們曾設計了一種裝着滑輪的前低後高的斜面車，稱爲“車梯”，用來載重物沿斜面不斷升高，以節省人力。

2.光學方面

《墨經》從早爲人們認識的光的直線傳播原理出發，首先提出了影與光、物之間的關係。如“景不徙，說在改爲。”就是說影是不動的，爲什麼有時看到影在移動呢？這是由於光源（或物體）移動而使影改變位置的緣故。接着對本影和半影及影子的大小跟光源、物體的關係等等作了論述，如“景二，說在重。”“景之大小，說在迆正、遠近。”這兩句分別是說，兩種陰影區之所以形成，是由於兩個光源的光線照射到同一物體上，在物體後面產生的兩個陰影區互相重疊的結果。同一物體之影所以會有時大有時小，是由於光線照射於該物體有時斜、有時正，以及光源離物體有時遠、有時近的緣故。又如“景倒，在午有端，與景長，說

在端”，指出了小孔成像之所以倒立，是由於光線在小孔處交叉，至於像的長短，則於小孔的位置有關。並進一步說“光之人照若射。下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成景於上；首蔽上光，故成景於下。在遠近有端與於光，故景庫內也。”具體解釋了小孔成像的原因。

《墨經》還介紹了平面鏡成像，敘述了凹面鏡、凸面鏡成像的規律，如“低，景一小而易，一大而正，說在中之內外。”即凹面鏡可以生成一個倒立縮小的實像，或一個正立放大的虛像，原因是由於人在球面中心和焦點之外還是之內。又如“團，景一。”即物體不管離凸面鏡的距離遠近如何，凸面鏡只可以生成一個正立縮小的虛像。可見，墨傢俬學不僅相當系統地研究和傳授了幾何光學方面的知識，得出了精闢的見解和結論，而且在研究和傳授中已運用了觀察、分析和科學實驗的方法。

此外，墨翟曾在地下設甕，利用共鳴現象，探查敵方挖洞攻城的計謀。到宋代曾公亮，在他的《武經總要》中，把這種方法稱爲“甕聽”，這是聲學效應在軍事中的應用。

二、《考工記》

《考工記》是春秋戰國時期齊國人的一部科技著作。它是我國古代一部手工技術規範的彙集。全書所論包括了當時手工業的主要工種，並在論述各種手工技術的同時，還闡述了其科學道理。經分析可以看到在描述每一項手工技術的文字中都包含了一定的物理知識，其中主要是力學和熱學方面。

1.力學方面。《考工記·輪人篇》在論述車輪製造時，以受力、運動和不同接觸地面的影響等因素出發，在講到輪子的形狀與運動快慢之間的關係時說：“凡察車之道……不微至，無以爲速也”。“微至”是指輪和地面的接觸面積少。就是說，車輪與地面接觸少，就容易轉得快。那麼，怎樣才能達到“微至”呢？它接着指出：“欲其微至也，無所取之，取之圜（圓）。”即要儘量把輪子做成理想圓。這是在實踐中對滾動物體的滾動速度與滾動物體的接觸面積大小有關的經驗總結，是符合近代摩擦理論的。在論述如何檢驗輪子各部分是否做得均勻時，它說：“楺輻必齊，平沈（沉）必均。”“水之以眡（視）其平沈之均也。”這裏水之，即浸入水中，如果“平沈”即浮沉相同，則輪子各部分必定是均勻的，就符合製作輪子的要求了。這是浮力原理在製造輪子中的應用。在論述到輪子大小對拉力（牛或馬）的影響時，它說：輪太矮，馬就老在上坡一樣。從現在力學知識看，當輪太低時，轅與地面成一角度，馬除了要克服運動阻力外，要承受部分重力，因此馬總象上坡一樣費勁。這是實踐中對斜面受力的一種極好的分析。

《考工記》還分析了與彈道有關的技術。它在《矢人篇》中說：“水之以辯其陰陽，以設其比，夾其比以設其羽，參分其羽，以設其刃，則雖有疾風，亦弗之能憚矣。”這就是說，爲了要使箭在飛行中保持穩定，採取了把箭上的羽毛按一定比例對稱地安排，然後加上箭頭，則在飛行中就不怕風的影響了。接着又說：“前弱則俛（俯），後弱則翔（仰），中弱則紆（紆絗旋轉之意），中強則揚。”“羽豐則遲，羽殺則。”這說明了箭桿如果前輕後重，或前重後輕，都會影響飛行的高度；中間輕重配置不當，會影響飛行的穩定性；羽毛太多，則飛行速度慢。而羽毛太少，則箭容易落向旁側，射不到目的物。

《考工記》最早作出了關於物體慣性的論述。在《輈人篇》中說：“勸登馬力，馬力既

竭，輈尤能一取焉”。意思是說，馬拉車的時候，馬已停止用力了，但車還能前進一段路程，這裏指出了物體的一種基本屬性——慣性，這也是世界上對慣性現象的最早論述。

2.熱學方面

《考工記》中論述的熱學知識，是很有實際意義的。它說：“凡鑄金之狀，金（銅）與錫，黑濁之氣竭，黃白次之，黃白之氣竭，青白次之，青白之氣竭，青氣次之。然後可鑄也。”指出了冶煉金屬時加熱後先呈暗紅色，溫度漸高，依次是呈橙色、黃色、白色、最後是青色。這是因爲金屬裏含有碳、鈉一類的雜質，不同物質有不同的汽化點，所以可以根據汽化物質的顏色作爲判斷火候或溫度高低的標準，最後達到“爐火純青”，就可以澆鑄了。這個從實踐中總結出來的區別冶煉金屬程度的實際知識，傳至今日，仍爲冶煉工人所利用。

三、《論衡》

《論衡》是東漢王充所著，內容十分豐富，其所述的物理知識，也較之《墨經》有十分明顯的充實和發展。

1.力學方面

王充在對物體的運動進行了仔細觀察的基礎上，在《論衡》中指出了人的視覺，在觀察物體的運動快慢時會造成錯覺的原因和如何量度物體運動的快慢。他在《論衡》中說：“天行已疾，人去高遠，視之若遲。蓋望遠物者，動若不動，行若不行；何以驗之？乘船江海之中，順風而驅，近岸則行疾，遠岸則行遲，船行一實也，或疾或遲，遠近之視使之然也。”說明是由於觀察者離運動物體遠近不同，因而感到它的快慢也就不同了的道理。這也說明王充已知道了視角差對於觀察物體運動快慢的影響。在關於運動的快慢上，又說“日晝行千里，夜行千里，麒麟晝日亦行千里，然則日行舒疾與麒麟之步相類似也。”意思是太陽和麒麟在日間運動的快慢相比是一樣的，說明已有了現代物理學中“速率”概念之萌芽。

關於力和運動的關係，說：“是故車行於陸，船行於溝，其滿而重者行遲，空而輕者行疾，”“任重，其進取疾速，難矣。”又說“古之多力者，身能負荷千鈞。①乎能決角伸鉤，使之自舉。不能離地。”顯然已不僅知道在外力的作用下，若外力大小一定，則物體越重，要它開始運動，或使之運動狀態發生變化就越難。這顯然是現在稱之爲牛頓第二運動定律的萌芽，而且還認識到內力不能改變物體運動狀態這一事實。

2.聲學方面

在《論衡》中有：“生人所以言語呼籲者，氣括口喉之中，動搖其舌，張歙其口，故能成言。譬猶吹蕭笙，蕭笙折破，氣越不括?手無所弄，則不音。夫簫之管猶人之口吞也，手弄其孔猶人之動吞也。”又說：“令人操行變氣遠近，宜與魚等，氣應而變，宜與水均。”可見他已認識到人發聲是使空氣振動而產生的，並將聲音在空氣中的傳播用可見的水波的傳播來作了比喻。這種比喻，在今天的物理教學中，在講光的干涉和衍射時，不是仍然在運用嗎？在這裏，還應特別予以注意的是王充實際上已指出了振動的傳播要通過媒質。

3.熱學方面

《論衡》中有“夫近水則寒，近火則溫，遠之漸微，何則？氣之所加，遠近有差也。”“雲霧，雨之徵也，夏則爲露，冬則爲霜，溫則爲雨，寒則爲雪，雨露冰凝者，皆由地發，不從天降也。”這些論述可以說明，王充不僅用“氣”來解釋熱現象，指出熱傳遞與距離遠近的關係，而且對自然界中雨、露、霜、雪的成因也進行了研究，指出了它們都是地面上的水蒸發所致，所以實質上他已進入了物態與溫度之間的關係的研究。可見，王充對熱現象的觀察和分析是十分細緻深入的，這種運用觀察、分析的方法對現在的物理教學和科學研究，都有指導意義。

4.電磁方面

關於摩擦起電的現象，西周末年已有“玳瑁吸褡”的記載。（玳瑁是一種跟龜極相似的海生爬行動物，產於中國沿海地區，它的甲殼黃褐色，光滑、有黑斑，是一種絕緣體，故摩擦能生電）。在《論衡》中，對這現象作了進一步的解釋：“頓牟拾芥，磁石引針，皆以其真，不假他類，他類肖似，不能掇取者，何也？氣性異殊，不能相感動也。”這裏頓牟即玳瑁，王充用氣性相同，也就是性質相同來解釋上述相互吸引的現象，和氣性不同，即性質不同來解釋別類物體不能“感動”的原因。

對於“雷電”現象：“夫雷之發動，一氣一聲也。”即不過是一種氣和一種聲而已。那麼，爲什麼會有聲呢？他以“人傷於寒，寒氣入腹，腹中素溫，溫寒分爭，激氣雷鳴。”爲喻，認爲是不同的氣相互激發出來的。可見，王充認識到雷電也是物質的，也是自然界的一種變化現象。

四、運用力學原理的創造發明——渾天儀與地動儀

漏水運轉渾天儀和候風地動儀，是東漢張衡（公元78—139年）根據物理的力學原理先後製成的。它們分別在天象和地震觀察上發揮了作用。漏水運轉渾天儀是一臺自動測示天象的儀器，它以一空心銅球表示天球，天球畫有星座和黃道、赤道，緊附在天球外的有地平環和子午環等，天球可以支架在子午環上繞天軸轉動。另外把計量時間的漏壺與渾象聯繫起來，即利用漏壺的等時性，以漏壺漏出的水爲原動力，再通過渾象內部裝置的齒輪等使傳動和控制設備，以使渾象每日均勻地繞天軸旋一週從而達到自動地、近似正確地演示天象的目的。候風地動儀以精鋼製成，形似酒尊，裏面均勻排列八根“都柱”——上粗下細的立柱。由於都柱重心高，當地面一有震動，就極容易向震動方向倒下。尊外相應地設置八條口含小銅球的龍，每個龍頭下面都有一隻蟾蜍，昂首張口。當某一都柱倒下時，就帶動了連接的龍，使龍口張開，所含的銅球落下到其下面的蟾蜍口中。因此觀察落下的銅球的方位，就可判斷地震發生的方向。

五、《夢溪筆談》

《夢溪筆談》是北宋中期的政治家和科學家沈括（1031—1195）所著，這是中國科學史上一部重要的著作，英國科技史家李約瑟把它稱爲“中國科技史上的座標”。

《夢溪筆談》這一舉世聞名的科學鉅著，內容涉及領域十分廣闊（《夢溪筆談》書頁見插頁圖6）。在物理知識方面，主要是生動地記述了磁學、光學和聲學知識。

1.磁學方面

早在春秋戰國時期，我國發現磁石具有吸鐵和指南的性質。到北宋的沈括，他對指南針的使用作了多種試驗。例如，他作了把指南針設法放在水面上（水浮法），碗邊上（碗脣法），手指甲上和把指南針懸掛起來等試驗，並且進行比較，指出了它們各自的特點，這可以說是世界上關於指南針的最早實驗記錄。同時其實驗方法也十分巧妙。例如，他是如何把指南針懸掛起來進行實驗的呢？“其法取新紆中獨繭絲，以芥子許蠟綴於針腰，無風處懸之，則針常指南”。（《夢溪筆談》卷24）這種指南針的實驗方法在今天看來，仍不失爲是值得仿效的較好方法。

更可欽佩的是，《夢溪筆談》上還指出了“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也。”說明沈括在實驗中已發現了磁偏角。西方一般認爲哥倫布在1492年遠渡大西洋時首先觀測到磁偏角，實際上沈括的發現要比哥倫布早400多年。

2.光學方面

在《夢溪筆談》中，有許多光學方面的觀察和實驗的記錄及其分析。如對日蝕、月蝕的成因作了理論總結，並第一次用類比演示實驗來驗證月亮圓缺的科學道理。其中說：“如一彈丸，以粉塗其半，側視之，則粉處如鉤，對視之，則正圓。”（《夢溪筆談》卷七）在該書中還除了通俗地講凹面鏡成像和針孔成像的道理，對光的直線傳播、光的折射現象和虹的形成進行了研究和解釋以外，還曾認真地作過凹面鏡成像的實驗，得到了較《墨經》前進一步的結果。如：“陽燧面窪，以一指迫而照之則正，漸遠則無所見，過此遂倒。”（《夢溪筆談》卷三）這裏所謂“過此”的“此”，指凹面鏡的焦點和中心之間的這段距離，沈括又稱之爲“礙”。這就明確地指出了物在凹面鏡焦點之內時得正像，在焦點和中心之間看不到像，而在中心之外時得倒像。

《夢溪筆談》中還對我國的一種古銅鏡——透光鏡的透光原理，也作了精闢的解釋。透光鏡可能在西漢時代已能製作，最早記載於隋唐之際王度的《古鏡記》中，該書說透光鏡“承日照之，則背上文、畫、墨入影內，纖毫無失”。對於這種現象歷來引起人們的注意，沈括對它的製造工藝和原理作了探討，他說：“此爲鑄時薄處先冷，唯背文差厚，後冷而銅縮多，文雖在背，而鏡面隱然有跡，所以於光中現。”（《夢溪筆談》卷十九）這個解釋表明，由於鏡背圖案花紋，致使整個鏡子厚薄不勻，因此在鑄造時厚薄不同，冷卻有先後，後冷而銅縮多，造成鏡面也有和背面圖案相同的微小的凹凸花紋，在它反射光線時就顯現出來了。一句話，就是鏡面的銘文是由於銅的收縮有差別所造成的。

據近來的中外研究，冷卻法和磨刮法均可得到透光鏡的效果，但從制鏡的技術上看，較一致的看法，是認爲利用磨刮的方法而成的。

3.聲學方面

《夢溪筆談》中闡述的聲學知識，包括關於樂律，古樂鐘的發聲，古琴的製作和傳聲、共鳴等等，並記載了一個作者精心設計的共振實驗。由於弦振動比較微弱，不易觀察，他剪了一些紙人放在弦上來作試驗。他寫道：“琴瑟皆有應聲：宮弦則應少宮，商弦則應少商，