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        尖劈與斜面【點擊數:


        尖劈能以小力發大力。早在原始社會時期,人們所打磨的各種石器,如石斧、石刀、骨針、鏃〔zu族〕等等,都不自覺地利用了尖劈的原理。墨家在討論滑輪的功用、說到它省力時,就將它比喻為“錐刺”。漢代王充說:“針錐所穿,無不暢達;使針錐末方,穿物無一分之深矣。”(《論衡·狀留篇》)可見墨家和王充等人清楚地知道尖劈原理的經驗法則。

        中國漢代發明的耕犁是對于人類的文明進步最有價值的尖劈原理的應用之一。犁的早期形式是耒耜〔leisi 磊四〕,耜指翻土的鏟,相當一種尖劈。犁鏵與犁鐴〔bi辟〕是翻土的主要部件。鏵,以鑄鐵為之,多系等邊三角形,兩邊削薄成刃,其前端交為犁鋒,即尖劈。它的功用在平切土地。鐴,也以鑄鐵為之,形狀不一,大體為一拋物形斜面,其功用在于將鏵所掀起的泥土翻向某一側面。今天,雖然犁的外形、大小、質地、發動力都有很大改進,而犁鏵與犁鐴的形狀及機制并沒有變。

        在日常生活中常應用的尖劈之一是楔子,木楔或金屬楔。人們常用它加固各種器具。唐代李肇講過這樣的故事:

        在蘇州建造重元寺時,因工匠疏忽,一柱未墊而使寺閣略有傾斜。若請木工再把寺閣扶正,費工費事又費錢。寺主為此甚為煩惱。一日,一外地僧人對寺主說:不需費大勞力,請一木匠為我作幾十個木楔,可以使寺閣正直。寺主聽其言,一面請木工砍木楔,一面擺酒盛宴外地僧人。飯畢,僧人懷揣楔子,手持斧頭,攀梯上閣頂。只見他東一楔西一楔,幾根柱子楔完之后,即告別而去。十幾天后,寺閣果然正直了。(《唐國史補》卷中)

        小小幾個尖劈,其作用卻如此巨大!

        斜面的力學原理與尖劈相同。人們在推車行平地和上坡時發現用力不同。成書于春秋戰國之際的《考工記·辀〔zhou周〕人》寫道:“登阤〔zhi至〕者,倍任者也。”這就是說,推車上坡,要加倍費力氣。當用雙手舉重物到一定高度與用斜面將同樣的重物升到同一高度時,自然后者容易得多。《荀子·宥〔you右〕坐》寫道:

        三尺之岸而虛車不能登也,百仞之山任負車登焉。何則? 陵遲故也。

        意思是說,人們不能將空車舉上三尺高的垂直堤岸,卻能將滿載之車推上百仞高山。這是為什么?因為高山的路面坡度斜緩(“陵遲”)。這正是斜面物理功用的最好總結。


        圖2-7 墨家的斜面引重車

        以墨翟為首的墨家學派,為了驗證斜面的作用,制造了一種斜面引重車(圖2-7)。該車前輪矮小,后輪高大。前后輪之間裝上木板,就成為斜面。在后輪軸上系緊一繩索,通過斜板高端的滑輪將繩的另一端系在斜面重物上。這樣,只要輕推車子前進,就可以將重物推到一定高度。(《墨經·經下》)這個斜面引重車,或許是當年墨家刻苦鉆研的科學成就,而今天則是搬運工人的普通常識。


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