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  滑轮与辘轳【点击数:


  滑轮,古代人称它为“滑车”。应用一个定滑轮,可以改变力的方向;应用一组适当配合的滑轮,可以省力。至少从战国开始,滑轮在作战器械、井中提水等生产劳动中被广泛应用。传说公元前第4世纪,巧匠公输般为季康子葬母下棺,使用了滑轮。汉代画像砖和陶井模型都有滑轮装置。

  山东武梁祠一汉代画像砖,描绘了人们从水中打捞铁鼎的画面(图2-3):河岸两边各有三人前后拉着绳子,脚蹬河岸斜坡,弯腰使劲;绳子一端通过滑轮连结在铁鼎上;上下左右,众人围观。它描述的是秦始皇“泗水取鼎”(《史记·秦始皇本纪》)的故事。传说,大禹造了九个巨鼎,以便人们识别善恶。九鼎从夏传到商、周,成了最高统治者权力的象征。在周赧〔nan蝻〕王十九年(公元前296年),秦昭王从周王室取走了九鼎,不幸途中一鼎竟然飞入泗水河。后来,秦始皇去东海觅神仙,路过此地,便命令千人入泗水河打捞宝鼎。可是,当宝鼎刚拉出水面,一条龙(在画面鼎上)冲出,咬断绳索,宝鼎又沉落河底。画面左边生动地刻划了绳子断裂一刹那,拉绳人朝天仰倒的情景。这幅画和这个故事表明那时候已普遍使用滑轮。


  图2-3 汉代画像砖:泗水取鼎(摹绘)


  图2-4 金墓壁画中的辘轳(摹绘)

  滑轮的另一种形式是辘轳(图2-4)。将一根短圆木固定于井旁木架上,圆木上缠绕绳索。索的一端固定在圆木上,另一端悬吊木桶。转动圆木即可提水。只要绳子缠绕得当,绳索两端都可悬吊木桶。一桶提水上升,另一桶往下降落,这就可以使辘轳总是在作功。“史佚始作辘轳”(《物原》),史佚是周代初年的史官,表明辘轳大概起源于商末周初。据曾公亮在《武经总要前集·水攻·济水府》中记载,周武王时有人以辘轳架索桥,穿越沟堑。唐代刘禹锡(公元772-842年)描写了他亲自所见的一种称为“机汲”(《刘梦得文集·机汲记》)的提水机械(图2-5),它是将辘轳与架空索道联合并用,以便将山下流水一桶桶地提上山顶,既浇田地又省力。


  图2-5 机汲

  1.滑轮; 2.绳索; 3.供悬吊水桶的铁键。

  山顶上隐约可见绞转绳索的辘轳。

  现有史籍中最早讨论滑轮力学的还是《墨经》。书中将向上提举重物的力称为“挈”〔qie窃〕,将自由往下降落称为“收”,将整个滑轮机械称为“绳制”。《墨经·经下》写道,以“绳制”举重,“挈”的力与“收”的力方向相反,但同时作用在一个共同点上。提挈重物要用力,“收”不费力。若用“绳制”提举重物,人们就可省力而轻松。在“绳制”一边,绳较长、物较重,物体就越来越往下降;在其另一边,绳较短、物较轻,物体就越来越被提举向上。如果绳子垂直,绳两端的重物相等,“绳制”就平衡不动。如果这时“绳制”不平衡,那么所提举的物体一定是在斜面上,而不是自由悬吊在空中。(图2-6)对于墨家丰富的力学知识我们不能不钦佩!


  图2-6 墨家讨论滑轮的力学问题


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