对浮力的认识和利用对水浮力:远古时代已有舟楫,因而对水浮力早有所认识。秦汉时期造船业具有一定规模,水浮力在实践中得到广泛的利用。如“抱壶而渡水”⑤,“鸿毛之囊,可以渡江。”⑥也就是说,空壶和装满鸿毛的皮囊,可以助人渡江。这可看成是后世救生圈、救生衣的滥觞。人们还从竹和金属相比较角度对水浮力进行探讨:“长竹之性浮,残以为牒,束而投之水则沉,失其体也;金之性沉,托之于舟上则浮,势有所支也。”⑦秦汉时期对空气浮力也有一定的认识。相传帝舜曾借助于空气浮力而免于死难。因舜父瞽叟偏爱后妻子,常欲杀舜。有一次,瞽叟让舜上粮仓(廪)修顶,“瞽叟从下纵火焚廪。舜乃以两笠自扦而下,去,得不死。”①王莽时为抗击匈奴,特招募“有奇技术可以攻匈奴者,或言能飞,一日千里,可窥匈奴。莽辄试之,取大鸟翮为两翼,头与身皆著毛,通引环纽,飞数百步坠。”②这是人类第一次仿生滑翔飞行的大胆尝试。
对于表面张力的认识秦汉时期,人们已注意观察液体的表面,记载了一种属于液体表面强力的现象。《淮南万毕术》云:“首泽浮针。”高诱注:“取头中垢以涂针,塞其孔,置水即浮。”因头垢有油脂,涂在针表面,并塞其孔,钟与水便不浸润,当针足够轻的时候,由于水的表面张力的作用,便能使针浮于水面。这是关于表面张力的最早记载。其后晋葛洪说:“头垢犹足以使金铁浮水,况妙于兹乎?”③即是指表面张力现象。
对大气压力的利用有关利用大气压力的具体例子突出表现在制造虹吸管上。东汉灵帝中平年间(公元184—189年),掖庭令毕岚曾作“翻车”、“渴乌”,李贤等注②《淮南子·主术训》。
③《淮南子·主术训》。
④《淮南子·说林训》。
⑤《淮南子·说林训》。
⑥《淮南万毕术》。
①《史记·五帝本纪》。
②《汉书·王莽传》下。
③《抱朴子·登涉》。
云:“翻车,设机车以引水;渴乌,为曲筒,以气引水上也。”①渴乌就是利用大气压力而制成的虹吸管。此种虹吸管自汉代以后,历代都有制造。
关于运动问题,汉代有一段非常精彩的论述:“地恒动不止,人不知,譬如人在大舟中,闭牖而坐,舟行,不觉也。”②这段话清楚地表明了地动思想和运动相对性思想,是十分可贵的。可惜的是,这两种重要思想未受到后世应有的重视。
①《后汉书·张让传》。
②《太平御览》卷三六引《尚书纬·考灵曜》。
第二节热学知识对热的认识和利用热是人类须臾不可离的。秦汉时期,人们在日常生活中逐渐积累了不少热的知识。
在燃料方面,人们除了使用木炭和煤以外,还发现了新的能源——石油。《汉书·地理志》载:“高奴有洧水,可燃。”当地人用它来做过燃料是有可能的。
这一时期对烟囱和火道等通风设施与燃烧程度的关系也有一定的认识。
当时已有关于“曲突徙薪”的见解:“客有过主人者,见其灶直突,傍有积薪。客谓主人,更为曲突,远徙其薪,不者且有火患。”③这里的“突”指的是烟囱,“直突”就是把烟囱安在火膛的上方;“曲突”则是让火焰先通过一段火道,然后再通向烟囱。直突火势过盛,容易招致火灾,因此居家不宜;而曲突可使火势延缓,有利于炊事安全。
秦汉时期,人们已能利用热胀冷缩的现象于工程施工上。据载秦国李冰父子在修建都江堰的施工中,曾采用“积薪烧之”的方法,坼裂岩石,开山劈岭。即是先用柴草烧炽岩石,使其热胀冷缩不均匀而致裂解①。东汉武都太守虞诩在开通粮道时,也使用此法:“使人烧石,以水灌之,石皆坼裂,因镌去石。”②这是工程实践中的巧妙发明。