力学的应用

把万户的幻想变成现实

本世纪来，随着火箭的发明，人们企图上天的幻想变成现实。人造卫星、宇宙飞船、天空实验室和航天飞机的问世，更是对空间科学及至整个人类社会产生了深远的和不可估量的影响。

什么是火箭？一般是指以固体火药为发射剂，借反作用原理而自行发射的装置。用布劳恩的话说，火箭是按牛顿第三定律而工作的反作用装置。

而一提起火箭，全世界都公认是我国最先发明的。自三国时期起，我国史籍上已有关于火箭的记载。如在《魏略》（辑本）中载：诸葛亮“进兵攻

（司马）昭，起云梯冲车以临城，昭于是以火箭逆射其云梯，梯然（燃）， 梯上之人皆烧死。”

不过，在当时的火攻中，虽说已有了“火箭”的名称，但它只是在箭头上附着油脂、松香、硫磺之类易燃物质，点燃发射出去以引起对方燃烧，实际上是一种带火的箭。

由火药喷射推进的火箭的发明年代，有人认为在我国唐末宋初。据《东京梦华录》载，当时宋代兵士在御前表演火药百戏的情景：

“忽作一声霹雳，谓之爆仗，则蛮脾者引退，烟火大起。⋯⋯又爆仗一声，有假面长髯、展裹绿袍靴筒、如钟馗像者。⋯⋯又爆仗响，有烟火就涌出。⋯⋯忽有爆仗响，又复烟火出，散处如青幕围绕，列数十辈，皆假面异服，如祠庙中神鬼塑像。”

读了这段描述，不竟使人想起今日烟火晚会的情景：闪光和响声过后， 空中飞出一连串降落伞一类玩物。而近九百年前的烟火爆仗，却放出那种画有钟馗或鬼神像的彩画。

烟火，是指起花或流星一类东西，想来你有可能见过，甚至在过年过节时还要买几个来玩玩。其中起花是由几层纸经过某种工艺要求而包裹碳粉较多的火药的玩物。一旦点着引线，纸壳里的火药就要燃烧。不过因火药中碳粉较多，它并不爆炸，而是生成大量的气体。这些气体从纸壳的下端快速喷出去，在几秒钟内，使纸壳升向天空。可以想象，由于起花的发明，离由火药喷射的火箭的发明已为期不远了。

目前更有权威性的是潘吉星在《论火箭的起源》一文中提出的，认为我国火箭最早出现于宋高宗绍兴三十一年（公元 1161 年）采石场战役中使用的“霹雳炮。”

据《海鳅赋后序》载，当时宋将以快艇“海鳅船”冲至金舟，又以“霹雳炮”轰击金兵：

“我舟伏于七宝山后，⋯⋯舟中忽发一霹雳炮。盖以纸为之，而实以石灰，硫磺。炮自空而下，落水中。硫磺得水而火作，自水跳出，其声如雷。纸裂而石灰散为烟雾，眯其人马之目，人物不相见。”

潘吉星认为，从这段文字可以推知，霹雳炮“与 12 世纪初期盛行的烟火中的‘起花’相似，即民间所说的‘二踢脚’。霹雳炮就是大型的‘二踢脚’。这是将烟火娱乐品转用作军事武器的一个实例。”

另据萨顿的《飞行科学》一书中讲到，在公元 1233 年，蒙古兵进攻时， 曾利用过火箭，转而传入欧洲，以后阿拉伯人的著作中称它为“中国箭”。

齐姆在其著作《火简明与喷射》中也提到，有一手抄本，叙述宋理宗绍定五年（公元 1232 年）汴京之战，并说明守城的人如何使用火箭把敌人吓退， 根据他的分析和记载，推动火箭前进的力不是用弓的弹力，而是火箭燃烧进向后喷射的反作用力。至于在欧洲人的著作中，约在 13 世纪末，才看到火箭的字样。

后来，明代茅元仪所著的《武备志》一书中，有一种称为“火龙出水” 火箭的记载：“水战，可离水三四尺燃火，即飞水面二三里去远，如火龙出于江面，筒药将完，腹内火箭飞出，人船俱焚。”

这说明在使用时，使火箭在离水面三四尺的地方燃火，燃火所形成的喷气推进火箭可达二三里远的地方，好像火龙飞出水面一样。当筒内火药将要烧完时，筒腹内的“火箭”飞出来，使敌方的人和船一齐燃烧起来。从这个记载来看，其原理已和现代的二级火箭基本相同。

前面提到，起花做得大，就可作为军事武器，那么如果把起花做得再大些，甚至不是一个而是好几个，靠它的力量带着人飞上天去也就不是什么妄想。

根据这一推想和企图，齐姆在他的著作中还提出：“约当 14 世纪之末， 有一位中国官吏万户，他在一个坐椅的背后，背上四十七个当时他可能买到的最大的火箭，他把自己捆在椅子的前边。两只手各拿着一个大风筝，然后叫他的仆人用火同时把这四十七个火箭点着。他的目的是想借着火箭推进的力量加上风筝上升的力量飞向前方。”从历史记载着，这个试验没有取得成功。结果是一声爆炸，碎片纷飞，再也找不到万户。

另外，出现万户没有升到天上的结局，对于我们今天的人来说，并不难解释。

第一情况，物体受到两个力的作用，如果重力 G 和作用力 F 大小相等， 又因它们方向相反而且作用在一条直线上，它们的合力就等于零。这时，物体处于平衡状态。

第二条情况，物体上的两个力虽然方向相反作用在一条直线上，但 F＞ G，物体不会静止下去，而是要上升。

第三条情况，不管 F 和 G 大小是否相等，虽然它们方向相反，但因为它们不在一条直线上，无法平衡，在 F 和 G 的作用下，物体会产生转动。

人坐在椅子上，火箭点燃后，作用在椅子上的力有近百个，即人的重力、椅子重量、两个风筝重量和 47 个火箭的重量，这些力的合力 G 合是向下的； 另外，47 个火箭向上的升力、风筝牵动时空气给风筝的推力都是向上的，这些力的合力 F 合也是向上的。

G 合和 F 合方向相反，F 合可能要比 G 合大许多，但要让 F 合和 G 合刚好在一条直线上，是很难办到的。更何况当时的人不懂得力学，不会设法让 F 合和 G 合尽可能地在一条直线上。

因此，火箭点燃后，尽管情况正常，但椅子的受力情况就如上例那样。这样，不但不会上升，而是要转动，坐在椅子上的人便摔倒于地，随着一声爆炸，也就呜呼哀哉了。

试验尽管失败了，但万户幻想空间飞行、企图上天的这种想象力是十分丰富的，其决心和勇敢精神也是令人惊叹的。所以，齐姆给予高度评价，称他是“第一个企图使用火箭作运输工具的人”，又称他是“第一次企图利用

火箭作飞行的人。”

我们认为，这不仅是中国力学史上的一件大事，而且也是世界科学技术史上的一个非常了不起的事件。为了纪念这位为人类航天而献身的最早的先驱者，现代科学家已将月球背面的一个环形山命名为“万户火山口。”

我们的祖先很早就有了飞到天空去的理想，给我们留下了如像万户进行空间飞行等美丽动人的幻想。而真正实现这些幻想的是我国 20 世纪 70 年代

的科技工作者。1970 年 4 月 14 日，我国成功地发射了第一颗人造地球卫星，

从而在 960 万平方公里的神州大地上，第一次把万户的幻想变成活生生的现实。