第一节力学知识关于力的性质和作用的认识继春秋战国时期墨家学派对力进行定义(“力,刑之所以奋”)之后,秦汉时期对力的认识又有发展。在西汉刘安(前179—前122)组织编写的《淮南子》、《淮南万毕术》和东汉王充(27—约79)所著的《论衡》等著作中有许多精彩的论述。归纳起来约有以下几点:物体内力不能使物体自身发生运动:“力重不能自称,须人乃举古之多力者,身能负荷千钧,手能决角伸钩,使之自举,不能离地。”①这是关于物体的内力不能使物体自身产生运动的最早表述。
外力的作用因物体重量的不同而不同:“湍濑之流,沙石转而大石不移。何者?大石重而沙石轻也金铁在地,焱风不能动;毛芥在其间,飞扬千里。”①物体形状影响了物体的运动:“圆物投之于地,东西南北,无之不可,策杖叩动,才微辄停;方物集地,一投而止,及其移徒,须人动举。”②移动物体所需之力比举起物体所需之力少:“夫举重鼎者,力少而不能胜也;及至其移徙之,不待其多力者。”③就是说,移动物体要比举起该物用力少。这是从日常生活经验中就可得知的,但已隐含着对移动摩擦阻力问题的认识。此同先秦著作《考工记》中所提到的车轮着地须“微至”,以减少滚动摩擦阻力的认识相类似。
有锋刃的器具也须外力作用才能产生运动:“凿所以入木者,槌叩之也;锸所以能撅地者,跖蹈之也。诸有锋刃之器,所以能断割削者,手能把持之也,力能推引之也。”④如果没有外力,利器也不能发挥作用:“干将之刃,人不推顿,苽瓠不能伤;苽瓠之箭,机不动发,鲁缟不能穿。”⑤截面积对压力有直接影响,截面积越大,压力越小:“针锥所穿,无不畅达;使针锥末方,穿物无一分之深矣。”⑥关于“势”的概念在先秦著作《孙子·势篇》中提出了“势”的概念,此概念包含了物理学中的动能和势能。如“激水之疾,至于漂石者,势也”,指的是动能;“转圆石于千仞之山者,势也”,指的是势能;“势如彍弩,节如发机”,指的是弹性势能。至秦汉时期对于“势”的概念亦多有论述。如“夫舟浮于水,车转于陆,此势之自然也。”①“夫七尺之桡,而制船之左右者,以水为资。①《论衡·效力》。
①《论衡·状留》。
②《论衡·状留》。
③《淮南子·主术训》。
④《论衡·效力》。
⑤《论衡·效力》。
⑥《论衡·状留》。
①《淮南子·主术训》。
天子发号,令行禁止,以众为势也。”②“是故得势之利者,所持甚小,其存甚大;所约甚守,所制甚广。是故十围之木,持千钧之屋;五寸之键,制开阖之门。岂其材之巨小足哉,所居要也。”③十围之木与五寸之键,巨小悬殊,但因五寸之键居于要处,故其用甚大。对于弓矢之势,视远近而有别:“矢之于十步,贯兕甲;及其极,不能入鲁缟。”注云:“言势有极。”④就是说,矢至最大射程时,动能为零(势有极),虽薄如鲁缟,亦无力穿入。