《论衡》 中的声学与力学知识

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《论衡》是东汉王充所著,其所述的物理知识,也较之《墨经》有十分明显的充实和发展。这里我们主要来重点说一说力学与声学方面的。

《论衡》 中的声学与力学知识

1. 力学方面

王充在对物体的运动进行了仔细观察的基础上,在《论衡》中指出了人的视觉,在观察物体的运动快慢时会造成错觉的原因和如何量度物体运动的快慢。他在《论衡》中说:“天行已疾,人去高远,视之若迟。盖望远物者,动若不动,行若不行;何以验之?乘船江海之中,顺风而驱,近岸则行疾,远岸则行迟,船行一实也,或疾或迟,远近之视使之然也。”说明是由于观察者离运动物体远近不同,因而感到它的快慢也就不同了的道理。这也说明王充已知道了视角差对于观察物体运动快慢的影响。在关于运动的快慢上,又说“日昼行千里,夜行千里,麒麟昼日亦行千里,然则日行舒疾与麒麟之步相类似也。”意思是太阳和麒麟在日间运动的快慢相比是一样的,说明已有了现代物理学中“速率”概念之萌芽。

关于力和运动的关系,说:“是故车行于陆,船行于沟,其满而重者行迟,空而轻者行疾,”“任重,其进取疾速,难矣。”又说“古之多力者,身能负荷千钧。乎能决角伸钩,使之自举。不能离地。”显然已不仅知道在外力的作用下,若外力大小一定,则物体越重,要它开始运动或使之运动状态发生变化就越难。这显然是现在称之为牛顿第二运动定律的萌芽,而且还认识到内力不能改变物体运动状态这一事实。

漏水运转浑天仪和候风地动仪,是东汉张衡(公元78—139年)根据物理的力学原理先后制成的。它们分别在天象和地震观察上发挥了作用。漏水运转浑天仪是一台自动测示天象的仪器,它以一空心铜球表示天球,天球画有星座和黄道、赤道,紧附在天球外的有地平环和子午环等,天球可以支架在子午环上绕天轴转动。另外把计量时间的漏壶与浑象联系起来,即利用漏壶的等时性,以漏壶漏出的水为原动力,再通过浑象内部装置的齿轮等使传动和控制设备,以使浑象每日均匀地绕天轴旋一周从而达到自动地,近似正确地演示天象的目的。

候风地动仪以精钢制成,形似酒尊,里面均匀排列八根“都柱”上粗下细的立柱。由于都柱重心高,当地面一有震动,就极容易向震动方向倒下。尊外相应地设置八条口含小铜球的龙,每个龙头下面都有一只蟾蜍,昂首张口。当某一都柱倒下时,就带动了连接的龙,使龙口张开,所含的铜球落下到其下面的蟾蜍口中。因此观察落下的铜球的方位,就可判断地震发生的方向。

2. 声学方面

在《论衡》中有:“生人所以言语呼吁者,气括口喉之中,动摇其舌,张歙其口,故能成言。譬犹吹萧笙,萧笙折破,气越不括,手无所弄,则不音。夫箫之管犹人之口吞也,手弄其孔犹人之动吞也。”又说:“令人操行变气远近,宜与鱼等,气应而变,宜与水均。”可见他已认识到人发声是使空气振动而产生的,并将声音在空气中的传播用可见的水波的传播来作比喻。这种比喻,在今天的物理教学中,在讲光的干涉和衍射时,不是仍然在运用吗?在这里,还应特别予以注意的是王充实际上已指出了振动的传播要通过媒质。

文章来源:声学楼论坛,节选自 聂广科学网博客

  • 本文由 发表于 2023年11月19日
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