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        滑輪與轆轤【點擊數:


        滑輪,古代人稱它為“滑車”。應用一個定滑輪,可以改變力的方向;應用一組適當配合的滑輪,可以省力。至少從戰國開始,滑輪在作戰器械、井中提水等生產勞動中被廣泛應用。傳說公元前第4世紀,巧匠公輸般為季康子葬母下棺,使用了滑輪。漢代畫像磚和陶井模型都有滑輪裝置。

        山東武梁祠一漢代畫像磚,描繪了人們從水中打撈鐵鼎的畫面(圖2-3):河岸兩邊各有三人前后拉著繩子,腳蹬河岸斜坡,彎腰使勁;繩子一端通過滑輪連結在鐵鼎上;上下左右,眾人圍觀。它描述的是秦始皇“泗水取鼎”(《史記·秦始皇本紀》)的故事。傳說,大禹造了九個巨鼎,以便人們識別善惡。九鼎從夏傳到商、周,成了最高統治者權力的象征。在周赧〔nan蝻〕王十九年(公元前296年),秦昭王從周王室取走了九鼎,不幸途中一鼎竟然飛入泗水河。后來,秦始皇去東海覓神仙,路過此地,便命令千人入泗水河打撈寶鼎。可是,當寶鼎剛拉出水面,一條龍(在畫面鼎上)沖出,咬斷繩索,寶鼎又沉落河底。畫面左邊生動地刻劃了繩子斷裂一剎那,拉繩人朝天仰倒的情景。這幅畫和這個故事表明那時候已普遍使用滑輪。


        圖2-3 漢代畫像磚:泗水取鼎(摹繪)


        圖2-4 金墓壁畫中的轆轤(摹繪)

        滑輪的另一種形式是轆轤(圖2-4)。將一根短圓木固定于井旁木架上,圓木上纏繞繩索。索的一端固定在圓木上,另一端懸吊木桶。轉動圓木即可提水。只要繩子纏繞得當,繩索兩端都可懸吊木桶。一桶提水上升,另一桶往下降落,這就可以使轆轤總是在作功。“史佚始作轆轤”(《物原》),史佚是周代初年的史官,表明轆轤大概起源于商末周初。據曾公亮在《武經總要前集·水攻·濟水府》中記載,周武王時有人以轆轤架索橋,穿越溝塹。唐代劉禹錫(公元772-842年)描寫了他親自所見的一種稱為“機汲”(《劉夢得文集·機汲記》)的提水機械(圖2-5),它是將轆轤與架空索道聯合并用,以便將山下流水一桶桶地提上山頂,既澆田地又省力。


        圖2-5 機汲

        1.滑輪; 2.繩索; 3.供懸吊水桶的鐵鍵。

        山頂上隱約可見絞轉繩索的轆轤。

        現有史籍中最早討論滑輪力學的還是《墨經》。書中將向上提舉重物的力稱為“挈”〔qie竊〕,將自由往下降落稱為“收”,將整個滑輪機械稱為“繩制”。《墨經·經下》寫道,以“繩制”舉重,“挈”的力與“收”的力方向相反,但同時作用在一個共同點上。提挈重物要用力,“收”不費力。若用“繩制”提舉重物,人們就可省力而輕松。在“繩制”一邊,繩較長、物較重,物體就越來越往下降;在其另一邊,繩較短、物較輕,物體就越來越被提舉向上。如果繩子垂直,繩兩端的重物相等,“繩制”就平衡不動。如果這時“繩制”不平衡,那么所提舉的物體一定是在斜面上,而不是自由懸吊在空中。(圖2-6)對于墨家豐富的力學知識我們不能不欽佩!


        圖2-6 墨家討論滑輪的力學問題


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