中国古代原动力的利用

——人力的进一步发挥和自然力的有效利用

自然科学史研究所周世德人力的进一步利用

世界上任何一个民族，在发明机械的初期，所需要的原动力都出自人的本身。人力的利用可以说是源远流长。要是能把一人或多人的力量储备起来，延长一段时间再利用，这在人力的利用方面却是一个巨大的进步；在机械制造方面也是一个卓越的成就。弩机就是典型的储备人力的机械装置。

上古的时候，弹和箭都是利用弓的弹力发射出去的。随着弓箭的发展，弓的力量已经逐步增加到相当强大的地步，可以射远；但是人的臂力有限，张开了弓不能持久，迫切需要一个“延时装置”，以便捕捉最有利的发射时机。经过劳动人民的刻苦研究，创造了弩机。弩的使用是先把弦拉开扣在弩机上，要射的时候再搬动“悬刀”(板机)，把箭射出去。当时的弩机只具备“延时装置”的作用，也就是储备人力的作用。

我国在春秋时期已经有弩机，战国中期的铜弩机已经比较进步了。我国弩的出现比西方早十三个世纪。

到汉代，弩逐渐走向标准化，有一石、⋯⋯五石、⋯⋯十石等八种。其中六石弩最常用，张力一百八十六千克，射程二百六十米，同时，射击的准确性也有了很大的提高。弩机的“望山”上开始出现刻度，这相当于步枪的标尺。当时的士兵和工匠在射击的实践当中，不断发现平射不能及远，并且射中点总是比目标低。为了校正这一项误差，就抬高箭镞，使箭在发射的时候有一个“投射角”。又继续发现，“投射角”不能固定不变，不同的射程应该有不同的投射角。经过多次实践，终于在“望山”上标出了几道很重要的刻度，有的十道，有的五道，这样就使射击的准确性得到很大提高。这是弩机制造技术的又一个巨大的进步，除了具备“延时装置” 的作用以外，还具有“瞄准装置”的作用，同时体现了劳动人民对斜抛物体运动中的投射角以及投射角和射程的关系有了正确的认识。它有力地说明了科学技术来源于实践。弩机的发明和逐步完善是我国古代兵器制造技术的突出成就。最初，弩也和弓一样只用一个人手臂的力。经过逐步发展，就有了采用脚蹬方式拉弦的叫“神臂弓”，有用绞车开弦的叫“车弩”，还有把两张弓或三张弓合成一个弩的叫“床子弩”，就更加发挥了储备人力的作用。

我国古代和弓弩的道理相似的机械装置还有锥井机，它也是利用人力和弹力进行工作。锥具的上端系在大竹弓的弓弦中间，凿井的时候利用人力使锥具下行向下凿进，同时也使弓弦向下拉，这样就储蓄了一部分弹力。锥具返回上行就利用弓弦的弹力使它向上。我国劳动人民在汉代就能够开凿深井了。我国的深钻技术比西方大约早十一个世纪。

畜力和风力的利用

牲畜力的利用在我国也是很早就开始的，并且得到广泛的应用。如利用畜力拉车、驮载；在农业方面耕田，播种，提水灌溉，以及农作物的收获和加工；在手工业方面如冶铸业的鼓风，盐业的汲卤，纺织业的纺纱，糖业的榨蔗取浆等等：都广泛地利用牲畜力。

在古代人们开始利用风力的时间只次于牲畜力，也是很早的，或利用风力表明风向，或利用风力行船，或利用风轮提水灌溉，或利用风轮吸海水制盐。我国立帆式的风轮更具有民族特点。立帆式风轮是在风轮的外缘竖装六张或八张船帆。中国船帆的特点之一是非常灵活，立帆式风轮就充分发挥了这一特点。每一张帆转到顺风一侧能自动和风向垂直，这样就能获得最大风力。转到逆风一侧的时候，又能自动地和风向平行，使所受阻力最小。并且不管风向怎样改变，风轮总是向一个方向旋转。这是我国劳动人民的独特创造。它像船帆一样，风大可以放落一部分，减少所受风力，以免速度太大以致全轮受损。

水力的利用

关于水力的利用，我国古代劳动人民也有许多成效卓著的发明创造。首先是浮力的利用，除了利用水的浮力作船舶运输以外，还利用水的

浮力和利用一定水位具有一定水压力能控制流量的道理，创造计时仪器“铜壶滴漏”。古代人用船称象，用水浮球，用大船打捞铁牛等都是利用水的上浮力的著名历史事迹。

我国古代利用水力鼓风冶铁也是科学技术史上光辉的篇章，比西方大约早十一个世纪(参看本书第 561 页)。

至于用水力舂米、磨面，那更是非常广泛的了。用水力扬水有水转翻车等。前面农业机械一文已经介绍。用水力纺纱，在元代有“水转大纺车”，至少也有六百四十多年的历史。这在当时国际上也是卓越的先进技术。

总的来看，最晚在西汉末年，我国已经开始利用水力做原动力，已经有两千多年的历史了。

热力的利用

我国古代对于热力的利用，时间比较早，处于世界先进行列，也是我国科学技术史上光辉的一页。用上升热空气流驱动的走马灯，表明这一项原理的利用比西方大约早十个世纪。宋人诗词和笔记中有不少关于“马骑灯”的记载。它是现代燃气轮机的始祖。

我国最早发明火箭是世界公认的。在公元十三世纪宋元时期，我国就有关于“起火”的记载。宋理宗绍定五年(公元 1232 年)汴京之战，已经使用了真正的火箭。当时，甚至有人利用四十七枚大火箭作推进座椅飞行前进的试验。因此，外国人称中国人是“第一个企图使用火箭作运输工具的人”，或称“第一个企图利用火箭飞行的人”。

古代的火箭最简单的一种只是在箭身上绑一个厚纸做成的火药筒，点燃引火线后，药筒里火药燃烧，从尾部喷射出火焰(燃烧气体)，火焰向后喷就产生了反作用力，推动药筒向前运动，箭也随着向前飞行了。“起火”

的飞向天空也就是这个道理。小“起火”飞向天空的时候后面带着一溜火星。大“起火”由于装药比较多，并且有各种不同的装配方式，火花各不相同，有许多名色，如“流星赶月”、“九龙取水”等等，有的还装有各种彩色闪光物质，点燃以后放射出绚丽的火花。一时间花雨泻空，五彩缤纷，点缀着那安静而又深邃的苍穹，形成了丰富多彩的夜景。

明初的“火龙神机柜”、“一窝蜂”都是多发火箭。明代还有“神火飞鸦”和“飞空击贼震天雷炮”。“神火飞鸦”用大“起火”四支作为推动力。“飞空击贼震天雷炮”是一种雏型飞弹，中有纸筒装送药。这两种火器都有翼，是一种新的创造。

明代还有一种两级火箭，叫“飞空砂筒”，用两个“起火”一正一倒异向装置，一个起火作为飞去的动力，爆炸后，另一起火引燃作为飞回的动力，仍能向本营方向飞回。还有一种叫“火龙出水”，也是雏型两级火箭，用四个大火箭筒作为动力，把一个龙形竹筒射出，射到敌方以后，又引着竹筒里的神机火箭，杀伤敌人。

以上各种火箭的记载，不仅说明了我国发明火箭最早，而且具有多种形式，充分体现了我国人民的高度智慧和卓越的创造能力。

我国古代对于各种原动力的利用，表明了我国人民自古以来就具有良好的创造能力。不仅在机械结构方面巧夺天工，如张衡地动仪，水运仪象台的擒纵器，指南车的自动离合齿轮系，以及被中香炉的游动常平悬吊器

①，等等，都表现了卓越的技巧，并且能够卓有成效地利用人力和各种自然力，从而使我国古代科学技术在长达两千年之久的时间里经常走在世界的前列，使我们伟大祖国在国际上受到许多赞誉。