对斜面原理的运用

斜面是简单机械的一种，可用于克服垂直提升重物之困难。距离比和力比都取决于倾角。如摩擦力很小，则可达到很高的效率。

我国先民发现，通过斜面牵引重物到一定高度，可以比直接将该物举到同样高度要省力。因此，古人将这一原理运用到建筑，农具制造和农田整治等生产实践中。

在古代建筑中，常应用木楔或金属楔。楔子是尖劈的一种，人们常用它加固各种建筑物和器具。

据记载，在唐代苏州建造重元寺时，工匠疏忽，一柱未垫而使寺阁略有倾斜。若是请木工再把寺阁扶正，费工费事又费钱。寺主为此十分烦恼。

一天，一位路经此地的外地僧人对寺主说：“不需费大劳力，请一木匠为我做几十个木楔，可以使寺阁正直。”

寺主按照他的话，一面请木工砍木楔，一面摆酒盛宴外地僧人。饭毕，僧人怀揣楔子，手持斧头，攀梯上阁顶。

只见他东一楔西一楔，几根柱子楔完之后，就告别而去。10多天后，寺阁果然正直了。

小小几个尖劈，作用却这样巨大！

尖劈是斜面的一种具体形式。原始社会时期，人们打制或磨制的各种石制或骨制工具中，都不自觉地利用了尖劈的原理。

尖劈能以小力发大力，以小力得到大功效。而且尖劈两面的夹角越小，以同样大的原动力就可收到更大的功效。因此，尖劈发展成为尖利的锋刃，如针、锥、铁钩等物。随着建筑材料的进步，各种尖劈也以青铜、铁或钢铁制成。

王充在《论衡·状留》篇中写道：

针锥所穿，无不畅达；使针锥末方，穿物无一分之深矣。

可见人们在理论上也知道尖劈原理。

尖劈在机械工程中应用普遍。古代榨油机被称为“尖劈压机”就是一例。在该机架上垒叠方木，在方木的间隙打入长楔，以挤压预先置于方木油槽中的油料。

尖劈原理的另一个重大历史应用是犁的发明。犁中的铧与是翻土的主要部件。犁铧以铸铁为之，多为等边三角形，两边削薄成刃，其前端交为犁锋，也即尖劈。

铧多为拋物线型斜面，其功用在于将犁铧所起之土翻向一侧。在犁这一农耕工具中，尖劈与斜面都用上了。今天，虽然犁的外形、大小、质地、发动力等方面有所改进，而犁铧、犁的基本形状及机制却没有改变。

斜面的力学原理和尖劈相同。人们在推车行走走平地和上坡时，就会发现用力不同。

成书于春秋战国之际的《考工记·辀人》记载：推车上坡，要加倍费力气。用双手举重物到一定高度和用斜面把同样的重物升到同一高度，自然后者容易得多。

《荀子·宥坐》记载：人们不能把空车举上3尺高的垂直堤岸，却能把满载的车推上高山。这是为什么？因为高山的路面坡度斜缓。这正是斜面物理动用的最好总结。

古人对斜面原理的运用还体现在农田整治上。作为一个农业古国，我国古代劳动人民在治理坡耕地方面采取了很多有效措施，而修筑梯田就是山丘地的农民运用斜面原理的典型例子。

梯田最早出现在史前时期。起初人们清除森林或小山顶，以便种植一些粮食作物，或者作为防御工事。广西龙脊梯田，始建于元代，完工于清代初期，在机械普及以前就很有规模了。

梯田是在坡地上分段沿等高线建造的阶梯式农田，其蓄水、保土、增产作用十分显著。古人根据田面坡度不同，修筑了坡式梯田、复式梯田等。

坡式梯田是山丘的坡面地埂呈阶梯状而地块内呈斜坡的一类旱耕地。它由坡耕地逐步改造而来。为了减少坡耕地水土流失量，古人在适应位置垒石筑埂，形成地块雏形，并逐步使地埂加高，地块内坡度逐步减小，从而增加地表径流的下渗量，减少地面冲刷。

复式梯田是因山就势、因地制宜，在山丘坡面上开辟的水平梯田、坡式梯田、隔坡梯田等多种形式的梯田组合。修建复式梯田可更合理地利用土地，节省工程投资和提高水土保持效益。

梯田的水储藏于岩石裂隙和土壤孔隙。只要植被良好，水源就会很充足。因此，古代劳动人民会在山顶建造蓄水池，解决干旱的影响。还利用山涧溪水的高差，在高处将溪水拦入倚山开挖的沟渠，逐级灌溉梯田。这里的高差，实际上就是斜面。

[旁注]

重元寺　重元寺初名“重玄寺”，始建于503年，与寒山寺、灵岩寺及保圣寺同时代。清代因避康熙帝玄烨之讳，改“玄”为“元”，重元寺名就一直沿用至今。恢复重建的重元寺位于江苏省苏州工业园区唯亭镇阳澄半岛莲花路。

拋物线　在平面内，到定点与定直线的距离相等的点的轨迹叫做抛物线。其中定点叫抛物线的焦点，定直线叫“抛物线的准线”。抛物线也是圆锥曲线的一种，即圆锥面与平行于某条母线的平面相截而得的曲线。

史前时期　我国史前时期是指170万年前至四五千年前，即有正式历史记载之前我国境内人的发展史，包括早期猿人、晚期猿人、母系氏族，以及有关三皇五帝的传说史，直至最后建立夏朝的这段历史时期。这段时期是我国历史时段跨度最大的历史时期。

龙脊梯田　在广西龙胜各族自治县和平乡平安村龙脊山。梯田分布在海拔300米至1100米之间，坡度大多在26度至35度之间，最大坡度达50度。从山脚盘绕到山顶，小山如螺，大山似塔，层层叠叠，高低错落。从高处望去，梯田的优美曲线一条条，显示了动人心魄的曲线美。

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修整梯田不是为了好看，而是要让庄稼长得更好。因为落在山坡上的雨水会沿着山坡很快流走，肥沃的表层土壤也会随着流水一起流失。

因此，古人就把山坡分成一段一段的，整理成各个平面，就像楼梯的台阶一样，就把一个斜面变成了很多个小的水平面，这样就可以蓄积水分，种植农作物了。