
古代機械(一)
我國是世界上發明和利用機械最早的國家之一,有些發明居世界前列。在機械原理、結構設計和動力應用等方面都取得較高成就。春秋時期(公元前770----前476年)就發明了蘊涵杠桿原理的桔槔;自東漢始,形狀用途各異的齒輪廣泛應用在水轉連磨、指南車、記里鼓車等機械上;在原動力方面,逐步從人力、畜力向利用水力、風力的方向發展,機械傳動方式亦逐步擴大。在歷史上,我國的先民對機械的不斷發明、創造、革新,大大推動了生產力的發展和社會的進程。科學技術的發展和人類社會的其他事物一樣,是有著一定的歷史繼承性的。今天的科學技術,正是由過去的科學技術發展而來的。研究和了解中國科學技術發展的歷史,探討它的發展規律,將可以起到借鑒歷史、溫故知新的作用。
簡單機械
公元前8000~前2800年期間出現了陶輪(制陶用轉臺),農具大約出現在公元前6000~前5000年,除石斧、石刀外,還有石鋤、石鏟、石鐮、蚌鐮、骨鐮和骨耜。石斧和石刀上已有用硬質砂子磨削而成的孔。
中國在大約40~50萬年前,就已出現加工粗糙的刮削器、砍砸器和三棱形尖狀器等原始工具。4~5萬年前出現磨制技術,許多石器都已比較光滑,刃部也較鋒利,并有單刃、雙刃、凸刃、凹刃和圓刃之分。
杠桿、滑輪,物理學上稱作簡單機械。杠桿的使用或許可以追溯到原始人時期。當原始人拾起一根棍棒和野獸搏斗或用它撬動一塊巨石,他們實際上就是在使用杠桿。石器時代人們所用得石刃、石斧,都用天然繩索把它們和木柄捆綁在一起,或者在石器上鑿孔,裝上木柄。這表明他們在實踐中懂得了杠桿得經驗法則:延長力臂可以增大力量。
1.杠桿在中國的典型發展——秤(天平)
杠桿在中國的典型發展是秤的發明和它的廣泛應用。在一根杠桿上安裝吊繩作為支點,一端掛上重物,另一端掛上砝碼或秤錘,就可以稱量物體的重量。古代人稱它“權衡”或“衡器”。“權”就是砝碼或秤錘,“衡”是指秤桿。迄今為止,考古發掘的最早的秤是在長沙附近
左家公山上戰國時期楚墓中的天平。它是公元前四到三世紀的制品,是個等臂秤。不等臂秤可能早在春秋時期就已經使用了。古代中國人還發明了有兩個支點的秤,俗稱銖秤。使用這種秤,變動支點而不需要換秤桿就可以稱量比較重的物體。這是中國人在衡器上的重大發明之一,也表明中國人在實踐中完全掌握了阿基米德杠桿原理
2.桔槔
桔槔是在一根豎立的架子上加上一根細長的杠桿,當中是支點,末端懸掛一個重物,前段懸掛水桶。當人把水桶放入水中打滿水以后,由于杠桿末端的重力作用,便能輕易把水提拉至所需處。桔槔早在春秋時期就已相當普遍,而且延續了幾千年,是中國農村歷代通用
的舊式提水器具。
3.轆轤
轆轤也是從杠桿演變來的汲水工具。據《物原》記載:“史佚始作轆轤”。史佚是周代初期的史官。早在公元前一千一百多年前中國已經發明了轆轤。到春秋時期,轆轤就已經流行。轆轤的制造和應用,在古代是和農業的發展緊密結合的,它廣泛地應用在農業灌溉上。轆轤的應用在我國時間較長,雖經改進,但大體保持了原形,說明在3000年前我們的祖先就設計了結構很合理的轆轤。解放前在我國的北方缺水地區,仍在使用轆轤提水灌溉小片土地。現在一些地下水很深的山區,也還在使用轆轤從深井中提水,以供人們飲用。在其它工業方面,有使用牛力帶動轆轤,再裝上其它工具美叢渚 蚣陳鋇摹?/P>
古代農業機械
1.古代播種機械—耒耜
我國很早就發明了耒耜,用耒耜來翻整土地,播種莊稼,進行農業生產。后來,隨著農業生產的發展,人們又將耒耜發展成犁。“工欲善其事,必先利其器”,對于農業生產工具的重視,也反映了我國古代農學水平的提高,中國第一部農具專著陸龜蒙的《耒耜經》雖然篇幅很短,但卻詳細記載了當時江東地區所普遍采用的一種水田耕作農具“曲轅犁”。曲轅犁改直轅為曲轅,犁架變小,輕便靈活,起土省力,效率高,從而改變了二牛抬杠的牽引
方法。后來由于牛耕的出現和冶鐵業的興起,戰國時期便出現了鐵制的耕犁,河北易縣燕下都遺址和河南輝縣都出土過戰國時期的鐵犁鏵。鐵犁鏵的發明是一個了不起的成就,它標志著人類社會發展的新時期,也標志著人類改造自然的斗爭進入一個新的階段。漢代的農具鐵犁已有犁壁,能起翻土和碎土的作用。
2.耬車
中國是世界上機械發展最早的國家之一。中國古代在機械方面有許多發明創造,在動力的利用和機械結構的設計上都有自己的特色。中國勞動人民很早以前己經懂得用牛、馬來拉車了,到2500多年以前,牲畜力己被利用到農業生產方面,當時人們除了利用牲畜馱拉運
輸外,并利用牲畜來幫助耕田和播種。
在戰國時期就有了播種機械。我國古代的耬車,就是現代播種機的始祖,因播種幅寬不一,行數不同,漢武帝的時候,趙過在一腳耬和二腳耬的基礎山,創造發明了能同時播種三行的三腳耬。一人在前面牽牛拉著耬車,一人在后面手扶耬車播種,一天就能播種一頃地,大大提高了播種效率。漢武帝曾經下令在全國范圍里推廣這種先進的播種機,還改進了其他耕耘工具,加以提倡代田法,對當時農業生產發展起了推動作用。
古代先進的灌溉機械
1.馬鈞創制了新式提水機具——翻車
翻車,是一種刮板式連續提水機械,又名龍骨水車,是我國古代最著名的農業灌溉機械之
一。《后漢書》記有畢嵐作翻車,三國馬鈞加以完善。翻車可用手搖、腳踏、牛轉、水轉或風轉驅動。龍骨葉板用作鏈條,臥于矩形長槽中,車身斜置河邊或池塘邊。下鏈輪和車身一部分沒入水中。驅動鏈輪,葉板就沿槽刮水上升,到長槽上端將水送出。如此連續循環,把水輸送到需要之處,可連續取水,功效大大提高,操作搬運方便,還可及時轉移取水點。我國古代鏈傳動的最早應用就是在翻車上,是農業灌溉機械的一項重大改進。
2.筒車
水力機械也有新的進展,唐代已有筒車,從人力提水發展為水力提水。筒車是由竹或木制成的輪形提水機械。竹筒或木筒在水中注滿水,隨輪轉到上部時,水自動瀉入盛水槽,輸入田里。水轉筒車的水筒與水輪聯成一體,既是接受水力的驅動構件,又是提水倒水的工作構件,其機構簡明緊湊,設計構思巧妙。
來源:中國科普博覽
古代機械(二)
古代先進的糧食加工機械
谷物收獲脫粒以后,要加工成米或面才能食用。我國古代在糧食加工方面發明了不少機械,如磨、碾、碓、扇車、羅等,后來又發明了用水利作動力的水碓和水磨,這些機械效
率高,應用廣,也是農業機械方面的重要發明。
1.扇車
公元前一世紀,西漢時我國已有揚去谷物中的秕糠用的風車(扇車)。歐洲約一千四百年后才有類似的風車。 扇車主要用于清除谷物顆粒中的糠秕,由車架、外殼、風扇、喂料斗及調節門等構成,工作時手搖風扇,開啟調節門,讓谷物緩緩落下,谷殼及輕雜物被風力吹出機外。
2.水碓
西漢末年出現了水碓,它是利用水力舂米的機械。水碓的動力機械是一個大的立式水輪,輪上裝有若干板葉,轉軸上裝有一些彼此錯開的撥板,撥板是用來撥動碓桿的。每個碓用柱子架起一根木桿,桿的一端裝一塊圓錐形石頭。下面的石臼里放上準備加工的稻谷。流水沖擊水輪使它轉動,軸上的撥板臼撥動碓桿的梢,使碓頭一起一落地進行舂米。利用水碓,可以日夜加工糧食。凡在溪流江河的岸邊都可以設置水碓,還可根據水勢大小設置多個水碓,設置兩個以上的叫做連機碓,最常用是設置四個碓。
3.石磨
魯班是中國古代一位優秀的創造發明家。他生活在春秋末期,叫公輸班,因為他是魯國人,所以又叫魯班。據說他發明了木工用的鋸子、刨子、曲尺等。他還用他的智慧,解決了人們生活中的不少問題。在魯班生活的時代,人們要吃米粉、麥粉,都是把米麥放在石臼里,用粗石棍來搗。用這種方法很費力,搗出來的粉有粗有細,而且一次搗得很少。魯班想找一種用力少收效大的方法。就用兩塊有一定厚度的扁圓柱形的石頭制成磨扇。下扇中間裝有一個短的立軸,用鐵制成,上扇中間有一個相應的空套,兩扇相合以后,下扇固定,上扇可以繞軸轉動。兩扇相對的一面,留有一個空膛,叫磨膛,膛的外周制成一起一伏的磨齒。上扇有磨眼,磨面的時候,谷物通過磨眼流入磨膛,均勻地分布在四周,被磨成粉末,從夾縫中流到磨盤上,過羅篩去麩皮等就得到面粉。許多農村現在還在用石磨磨面。