物理学史--中国古代物理学共54页
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中国古代物理学-中国古代物理学史概述从远古到西周时期在原始社会时期,当人们学会用火、学会制造石器时,人们就在劳动实践中播下了物理学的种子。
据古籍记载,这时期的人们“刳木为舟、剡〔yan演〕木为楫”,“断木为杵、掘地为臼”,“弦木为弧、剡木为矢”,船、杵臼和弓箭的制造,可知力学中有关浮力、杠杆、弹性的知识开始萌芽。
“燧人氏钻木取火”的记载,也表明人们开始懂得热学中摩擦生热的道理。
夏、商、西周时期,交通运输工具的制造,用以计量时间的壶漏的发明,贸易交换中必备的权衡器,杠杆和桔槔在生产中的应用,烧陶和冶铜中控制火候的技术,铜镜和阳燧(凹面铜镜)的铸造,各种乐器的创制,这些技术的发展为物理学知识的积累创造了条件,也为其后总结物理学理论打下了坚实的基础。
春秋战国时期历史学家一般把这个时期称之为从奴隶制向封建制过渡的社会变革时代。
这个时期也完成了我国从青铜时代向铁器时代的过渡。
随着冶铁和铁制工具的使用、农田水利的发达、都邑建筑的兴盛,以及列国兼并战争的刺激,以《墨经》和《考工记》两书为标志,中国古代物理学开始了它的形成时期。
墨子(约公元前468—前376年)是这个时期具有唯物主义倾向的哲学家,也是我国古代最早的物理学家。
墨子,名翟,鲁国人,他和他的弟子组成的墨家,是春秋战国时期物理学成就最大的学派。
其代表作《墨经》一书,记载了有关力学、声学、光学等方面的知识。
尤其是在光学方面,它以八条文字连续有序地记述了光、影、镜面成像的光学问题。
它不仅是中国最早的几何光学著作,而且在世界古代文化史上也是一篇很难得的和较全面的光学杰作,比欧几里得光学还早百余年。
《考工记》是春秋末年齐国人的著作。
它论述了当时手工业的主要工种,是一部关于我国古代手工技术规范的总汇集。
尤为可贵的是,该书在记述各种手工技术的同时,还分别阐明了它们的科学道理。
其中包括许多力学、声学和热学方面的物理知识,堪称为集我国古代物理学知识在工艺技术上应用的大成。
第一章中国古代物理学的发展中国古代物理学的发展可以追溯到公元前221年的秦朝,当时中国的科学研究和技术发展达到了一个较高的水平。
中国古代物理学主要是通过观察自然现象和实验研究来探索自然规律,并建立了一些基础的物理概念和理论。
以下是对中国古代物理学发展的一些主要方面的介绍。
古代中国物理学的研究领域主要包括力学、光学、声学等。
力学方面,中国古代学者研究了物体的运动规律和力的作用,提出了“天地运行法则”和“渊虞洗沐”的理论。
这些理论认为,天体运动规律和地球上的物体运动规律是相似的,并且宇宙万物都受到一种普遍的力量影响。
光学方面,中国古代学者研究了光的传播和反射,提出了光的波动性和反射定律等理论。
他们还发现了透镜的放大作用和光的折射现象。
声学方面,中国古代学者研究了声音的传播和音乐的原理,提出了声音在空气中传播的速度和共鸣的规律。
中国古代物理学的发展得到了中国古代天文学和数学的支持。
古代中国天文学和数学的研究成果为物理学的发展奠定了基础。
古代中国天文学主要研究天体运动规律和宇宙结构,通过对星象的观测和天体力学的计算,建立了一些天文学概念和理论。
古代中国数学主要研究数的性质和运算方法,如算术、代数和几何等。
在物理学的研究中,数学在物质运动规律和力学方程的推导中发挥了重要的作用。
古代中国物理学的发展还受到了中国古代哲学和文化的影响。
中国古代哲学对物理学的发展产生了深远的影响。
儒家的哲学思想强调人与自然的和谐和对自然的敬畏,这为物理学家研究自然规律提供了精神支持。
道家的哲学思想提倡顺应自然法则和追求物质的最本真的状态,这为物理学家研究物质本质和物质变化提供了思路。
佛家的哲学思想强调万物相互依存和无常的性质,这为物理学家研究物质相互作用和变化规律提供了启示。
总结而言,中国古代物理学的发展是在中国古代科学和哲学的支持下进行的。
中国古代学者通过观察和实验研究,探索了物质运动、光传播和声音传播等现象的规律,并建立了基础的物理概念和理论。
中国古代物理学许多固体材料在外力作用下会产生形状变化;当外力撤销时,它又恢复其原来形状。
这在物理学上称为弹性变形。
竹片、弓干、金属弹簧等等,都具有弹性变形的性能。
中国是毛竹的故乡。
竹片所具有的弹性和弹性变形在历代曾被广泛应用。
射鸟的弹弓、弓弩的干体,弹棉、碎石、甚至织机上的弹弓,都以竹片制成。
20多年以前,曾长期认为中国古代无金属弹簧,弹簧是西方文明的产物。
近几十年的考古发掘表明,中国人早在春秋战国时期就制造了金属弹簧。
在湖北随县曾侯乙墓中、在襄阳和当阳两地的春秋末到战国中期的墓葬中,都出土了以金属丝绕成的螺旋弹簧,有的迄今尚有弹性。
在河北新乐、山西原平等地出土的战国墓中,还发现了金丝盘簧。
遗憾的是,它们在汉代之后没有得到进一步发展。
中国特有的锁簧和折叠式金属簧(又称“绷子”)得到普遍应用和发展。
金属的弹性和弹性变形是随冶炼技术的发展而提高的。
古代中国人在铸造弹性刀剑上曾创造了世界之最。
宋代沈括曾记述过与他同时代的人所珍藏的几把宝剑,它们不仅削铁如泥,而且“用力屈之如钩,纵之铿然有声、复直如弦”。
其中一剑“可以屈置盒中,纵之复直”(《梦溪笔谈·异事》)。
如此屈伸自如的宝剑,犹如今日以弹簧钢制成的卷尺。
其实,类似的宝剑一直可以追溯到三国时期,那时,魏文帝曹丕的“灵宝”剑能“舒屈无方”。
其后,西晋刘琨在其诗中描述百炼钢的弹性变形,说“何意百炼钢,化为绕指柔”(《文选》卷二五)。
宋以后,类似刀剑仍在不断制造,且成为中国传统的冶炼工艺之一。
凡此种种,都是古代中国人应用金属的弹性及弹性变形的例证。
至于利用弹性变形的弓箭,中国更有悠久的历史。
距今30000年左右的旧石器文化遗址中出土的石镞,就是使用弓箭的证明。
西周后期,弓的弹性变形被载入诗歌之中。
《诗·小雅·角弓》写道:“骍骍〔xin辛〕角弓,翩其反矣。
”大意是:装调好的角弓,总是以反其作用力的方向弹回。
古代人不仅知道弹性变形,而且“弹力”一词也使用甚早。
中国古代物理学中国古代物理学严格地说,在古代世界中是没有近代意义的物理学的,但这并不是说物理学不是历史发展的产物。
在漫长的20多个世纪中,中国古代物理学在世界上一直处于领先的地位,只是到了明、清,由于欧洲近代物理学的兴起,它才显得落后了,可以称之为衰落时期。
从“五四”新文化运动开始,中国物理学汇合于世界物理学,呈现出不同于古代物理学的新面目。
一.发展概况先秦时期的伟大哲学家墨翟(约公元前468-前376)及其墨家学派(公元前4世纪-公元前3世纪)在他们的论着《墨经》中记述了大量的物理知识,这是春秋战国时期物理学成就最大的学派,《墨经》的主要成就在力学与光学方面。
它探讨了力的定义,叙述了惯性运动,研究了杠杆、滑轮、轮轴、斜面等装置省力的原因,以及浮力与平衡原理,指出了光的直线传播及反射规律以及小孔、平面镜、凹凸面镜的成像情况;观察了温度与火色的关系。
同时期的《考工记》是应用力学、声学方面的书,记载了滚动摩擦、斜面运动、惯性现象、抛物轨道、水的浮力、材料强度以及钟、鼓、磬的发音、频率、音色、响度及乐器形状的关系。
这时期的《管子·地数篇》、《鬼谷子》、《吕氏春秋》等书中还记载了天然磁石的吸铁现象以及最早的指南针“司南”。
汉代王充(27~约97)的《论衡》是中国中古时期的百科全书。
在力学方面指出外力能改变物体的运动状态,改变运动速度。
而内力不能改变物体的运动,还讨论了相对运动,在声学方面研究了声的发生、传播与衰减,并用水波做比喻。
在热学方面研究了热的平衡、传导及物态变化。
在光学方面阐述了光的强度、光的直线传播及球面聚焦现象。
在电磁学方面记录了摩擦起电及磁指南器。
在唐代,《玄真子》中记叙了人造虹的简单实验:“背日喷水”。
唐人将风力分为八个等级。
了解到共鸣的道理并应用于音乐中,并指出了雷与电的关系。
宋代沈括(1031-1095)的《梦溪笔谈》具有很高的科学价值,被称为“中国科学史上的坐标”,其主要成就是在声学、光学、磁学方面。