重心和平衡技术成果

从物理学观点看，通过物体的重心和桌面垂直的线要维持在这一物体的支持面里。否则，这一物体就很容易倒下。

要使物体保持平稳，就要考虑它的重心和平衡的问题。我国古代在重心和平衡方面的研究取得了丰硕成果，创造了很多艺术杰作，在历史上占有重要地位，而且影响深远。

据说，有一次孔子去周室的宗庙参观，见庙中有个器物。孔子问道：“这是什么呢？”

守庙的人回答说：“这是欹器。”

孔子说：“我听说这种东西灌满了水就翻过去，没有水就倾斜，灌一半的水正好能垂直正立，是这样的吗？”

守庙的人回答说：“是的。”

孔子让自己的学生子路取来水试了试，果然这样。于是长叹一声说：“唉，哪有满了而不翻倒的呢？”

这是孔子是借欹器的特点，警示他的学生子路：做人要懂得“满招损，谦受益”。

当然，这个故事也体现了孔子的实践精神，不能一味听信传言，要亲自动手验证。

欹器有一种奇妙的本领：未装水时略向前倾，待灌入少量水后，罐身就竖起来一些，而一旦灌满水时，罐子就会一下子倾覆过来，把水倒净，尔后又自动复原等待再次灌水。

我国古代劳动人民在生产实践中，就是利用物理学上的重心与平衡原理，才创造出了这种具有神奇特性的欹器。“欹”的意思是倾斜。它可以随盛水的多少而发生倾斜变化。

周庙的欹器，由于具有《荀子·宥坐》中所说的“虚则欹，中则正，满则覆”的特性，所以，鲁国之君把这奇异的容器放在宗庙中作为“座右铭”，目的在于提醒自己，万事都要采取中庸之道，适可而止，切不可过分，慎防“满则覆”。

我国古代制造器物时，在重心与平衡方面是把握相当准确的，有许多类似器物再现于世。

比如彩陶，它是我国悠久的“国粹”，是陶瓷艺术之中的艺术，早在距今6000年左右的半坡文化时期，彩陶上便出现了最早的彩绘。

从彩陶的构思和表现效果来看，已经初步掌握了整齐一律、对称平衡、符合规律、和谐统一等形式美的因素，得到较为完善的表现。

商代的酒器斝通常有青铜铸造，由商汤王打败夏桀之后，定为御用的酒杯，诸侯则用角。

考古工作者在河南省安阳郭家庄出土的商后期青铜方斝，高43.4厘米，方形口，外侈，口上有一对方塔形立柱。深腹，腹的四面饰饕餮纹。

此外，陆续发现的商斝还有兽面纹斝、凤鸟柱铜斝和饕餮纹斝。

商斝都有三足，重心总是落在三足点形成的等边三角形里，形象地体现了重心与平衡的物理特性。

西汉时期中山靖王刘胜墓出土的朱雀铜灯，朱雀在汉代是祥瑞的象征，以其形造灯，寓吉祥。

朱雀铜灯的灯形为一朱雀形，双足挺立，伸颈翘尾，口衔圆环凹槽形灯盘，盘中立有烛钎，灯座为一蟠螭，昂首上视。造型奇特，制作精致，体现了工匠关于重心的巧妙构思。

东汉时期的“马踏飞燕”，是1969年在甘肃省武威雷台东汉墓中出土的。它制作于220年前后，高34.5厘米，长45厘米。是古代青铜作品中的杰作。

这件2000多年前制作的铜奔马造型生动，铸造精美，比例准确，四肢动势符合马的动作习性。奔马正昂首嘶鸣，举足腾跃，一只蹄踏在一只飞翔的燕子身上。从力学上分析，“马踏飞燕”为飞燕找到了重心落点，造成稳定性。

东汉时期匠师运用现实主义与浪漫主义相结合的艺术手法，以丰富的想象力，精巧的构思，娴熟的匠艺，把奔马和飞鸟绝妙地结合在一起，以飞鸟的迅疾衬托奔马的神速，造型生动，构思巧妙。

将奔马的奔腾不羁之势与平实稳定的力学结构凝为一体，它所具有的蓬勃的生命力和一往无前的气势，更是中华民族的象征。

上述这些作品充分说明，我国在汉代以前就已经掌握了有关的力学知识。这些知识不仅体现在艺术作品上，还体现在研究者的著作中。

西汉初年成书的《淮南子·说山训》曾就本末倒置而造成不平衡的现象总结说：“下轻上重，其覆必易。”

东汉王充对平衡问题作了极好的论述：

圆物投之于地，东西南北无之不可，策杖叩动，才微辄停。方物集地，一投而止，及其移徒，须人动举。

“策杖”是赶马用的木棍。圆球投落地面，东西南北随意滚动，只有用棍子制止它，它才会静止一会儿。方形物体投落地面，立即就静止在那儿。如果要它移动，就需要施加外力。

总之，汉代以前的这些现象，都是力学中随遇平衡和稳定平衡的典型例子。

隋唐时期，或许由于饮酒之风盛行，人们制作了一种劝人喝酒的玩具，经匠心雕刻的木头人，称作“酒胡子”。把它置于瓷盘中，则摇摆不定、“府仰旋转”、“缓急由人”。

另一种是用纸制作的，糊纸做醉汉状，“虚其中而实其底，虽按捺而旋转不倒也。”现在把这些玩具叫“不倒翁”。

还有一种劝酒器，虽叫不倒翁，但转动摇摆后最终会倒下。宋代文人张邦基说：“木刻为人，而锐其下，置之盘中，左右欹侧，僛僛然如舞之状，久之力尽乃倒。”这种玩具指向某人或倒向某人，某人应该饮酒。

从这些历史文献记载中可以看出，前一种不倒翁的重心略低于木头人下半圆的中心，后一种略高于下半圆的中心，由于它们重心位置不同，造成它们左右摇摆后的不同后果。

古代的人们把这些玩具制成半圆形下身，并且“虚其中而实其底”，正说明他们有意识地利用重心位置和平衡的关系。

从力学角度来说，上轻下重的物体比较稳定，也就是说重心越低越稳定。当不倒翁在竖立状态处于平衡时，重心和接触点的距离最小，即重心最低。偏离平衡位置后，重心总是升高的。

因此，这种状态的平衡是稳定平衡的。所以不倒翁无论如何摇摆，总是不倒的。

[旁注]

子路　（公元前542年～公元前480年）。孔子得意门生。以政事见称。性格爽直率真，有勇力才艺，敢于批评孔子。孔子了解其为人，评价很高，认为可备大臣之数。

半坡文化　位于陕西省西安市。是我国原始社会新石器时代的一种文化，属黄河中游地区新石器时代的仰韶文化，是北方农耕文化的典型代表。为研究我国黄河流域原始氏族社会的性质、聚落布局、经济发展、文化生活等提供了完整的资料。

饕餮纹　青铜器上常见的花纹之一，盛行于商代至西周早期。此兽是古人融合了自然界各种猛兽的特征，同时加以自己的想象而形成的，其中兽的面部巨大而夸张，装饰性很强，研究者称为兽面纹，常作为器物的主要纹饰。兽面纹有的有躯干、兽足，有的仅作兽面。

刘胜　（公元前165年～公元前113年），我国西汉时期诸侯王，为第一代中山王，谥号为“靖”，史称“中山靖王”。是三国时期蜀汉皇帝刘备的第十三世先祖。1968年在对其及王后窦绾墓的发掘工作中，出土大量珍贵文物，包括举世闻名的“金缕玉衣”。

张邦基　宋代文人。少时居湖南，建炎年间迁居扬州，好著作，喜藏书，其寓所称“墨庄”。着有《墨庄漫录》10卷，书中“多记杂事，亦颇及考证”，该书有记王安石偏头痛的医案。擅长书法，有著作有《墨庄漫录》，有作品被收录于四库总目。

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战国时期，我国就有踩着3米多高的高跷，抛掷着7把短剑的高超技艺。汉代保存在地下的画像砖、画像石上，就有许多汉代人表演的杂技节目，这里面不只有飞剑、跳丸、耍瓶的手技，也早就有借助长竿、球、桶、鼓车和飞驰的骏马的节目。其中有很多项目至今在现代杂技舞台上表演着。