第二节 力学等物理学知识

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墨子结合农业、手工业、建筑业和军事工程方面的实践,深入观察思考了自然界中的物理、力学现象,作出了准确的概括。
一、物质运动的动力——“力”
物质是运动的,但物质运动的动力是什么.墨子细心观察了生产和生活中大量的物质运动实例:“今有人于此,负粟息于路侧,欲起而不能,君子见之,无少长贵贱,必起之。”B45
他从一个人帮助另一个抗起一袋粮食这件事,认识到力量的重要,所以《墨经》作出了科学归纳:“力,形之所以奋也。”B46《广雅.释古》云:“奋,动也”,奋即运动之意;“形”即形体、物体。意谓“力”使物体运动,改变其原来的静止状态。进一步说,如果没有“力”的作用,物体是不会运动、不会自动改变其静止状态的。
《墨经》还认识到物体自由下落,是重力在起作用,如果以绳系物,自上向下牵引物体则不用费劲;如果要上举物体,则必须克服重力作用,就必须要向上用力,即“挈,有力也;引,无力也。”B47
二、运动的具体形式
墨子观察、研究了大量的物体运动现象,进行了归纳和描述。根据现代物理学的分类,机械运动主要包括移动、转动、振动等。墨子在这里所谈的运动,主要是机械运动。
(1)“俱动”和“俱止”。《墨经》说“尽,莫不然也”;B48“俱止、动”。B49“尽”和“俱”都是全称量词。就一个特定区域而言,全部个体都静止,叫“俱止”,都运动叫“俱动”。如在步兵操练时,让大家都走步,这叫“俱动”,都休息,这叫“俱止”。
(2)位移。《墨经》云:“动,或(域)聗(徙)也”。B50即物体在空间中的位置移徙,是一
种运动形式。如象除去门闩以后门户会绕门轴转动(“偏祭(际)聗(徙)者,户枢免瑟(*6)B51)。
(3)“无久”运动和“有久”运动。《墨经》说:“无久之不止,若矢过楹。有久之不止,若人过梁。”B52“无久”指瞬间,其时间值接近零,但不等于零。一支疾速飞行的箭穿过一根很细的柱子,这就是瞬间运动;“有久”则指经过一段相当长时间,如一个人缓缓地走过一座桥梁,这就是较长时间运动。
(4)物体运动的连续性和间断性。《墨经》云:“儇(瞺),禾具(俱)皛(柢)。”B53《说文》:“柢,根也。”即一个直立在地上的环在滚动时,地面与环会形成一系列连续性的切点,此点为“柢”,如树木之“根”。当切点形成的刹那,环的运动似乎停止了,即运动出现了间断,却很快又形成新的切点,切点不断形成,环不断地滚动,从而实现了物体运动连续性和间断性的统一。
三、正球体的运动
《墨经》云:“缶(正)而不可担(忄詹),说在抟(圜);”B54“正。丸,无所处而不中
县(悬),抟也。”B55“正”指正球体,“忄詹”,静也。即一个球状物体在光滑的平面上自由滚动不停止下来,其原因在于它的中心到球面上的任意一点的距离相等。进一步说,不论球丸转动到何处,过切点的半径总是垂直于平面的,这是由球体切面的性质所决定的。
四、力的平衡:杠杆原理
《墨经》深入研究了力的平衡问题,对杠杆原理作了准确概括:“负而不挠(桡),说在胜。”B56即杠杆负重后仍保持平衡而不偏斜,在于它能胜任所加给它的重量:由于支点选择得当,力臂和重臂各当其重,从而使力矩相等。
《墨经》以称衡为例,对杠杆原理作了完整阐述(如图九所示):(1)“衡木,加重焉而不挠(桡),极胜重也。右校交绳,无加焉而挠(桡),极不胜重也。”B57桡,曲木也,指弯曲,偏斜。极,《说文.木部》云:“极,栋也”,“极”即屋栋,横木,此指称的横木。交绳,“谓系权之绳”B58,即系称锤之绳。意谓对于称的横木来说,如果在系重物的一端加挂重量,并且保证横木不致发生倾斜,就要将称权(称锤)向外移动,以保持力矩始终相等,即以较长的力臂来支撑较大的重量。如果把系称权(锤)的交绳调向右边,而又不在系称权的一端加挂重量,称衡的横木必定向重臂(系重物一端)一边偏斜,因为这时力臂(系称锤一端)长度减弱,较短的力臂不能支撑较大的重量。
(2)“衡,加重于其一旁,必捶(垂),权重相若也。相衡则本短标长。”B59即称平衡时,不论在系称权一端加挂重量,还是在系重物一端加挂重量,凡是加挂重量的一端必定下垂。因为称处于平稳状态时,称权之重与物体之重是相匹配的。权重与物重之比,等于力臂与力臂之反比。这时重臂短力臂长。
(3)“两加焉,重相若,则标必下,标得权也”。B60意谓在系称权一端和系重物一端加挂相同重量,力臂方面的力矩必定大于重臂方面的力矩而偏下。力臂的偏下,得益于加权,因为权加一分,重物应加数分,才可与之相匹配。
五、反作用力的体现:滑轮装置
《墨经》云:“契(挈)与枝(收)板(反),说在薄。”B61挈,收也;薄,迫近,逼迫。即利用滑轮可使物体上升或下降,提拉的力和收引的力方向正相反。其原因在于,物体(由于地心引力)自然下落时,另一物体就自然上升。
《墨经》精当地描述了滑轮的操作及其运行奥妙:利用滑轮提升重物时,可使下落物体的重量略大于被提升物体的重量。这样重物体(受地心引力作用)自然缓缓下落,系绳也逐渐加长;与此同时,较轻的被提升物体通过绳的提拉缓缓上升,系绳也逐渐减短。较轻物体越升越高,而较重物体越降越低。当较轻物体升到最高处时,较重物体恰好坠落于地面,这正符合提升物体的要求。所以说:“上者愈丧,下者愈得,上者权重尽,则遂。”B62如果滑轮两方的绳长相等,物重也相等,那么提升物体的力和收引物体的力大小相等,方向相反,物体静止不动,既不上升,也不下降。故曰:“绳直权重相若,则心(止)矣。”B63
六、发之绝否:关于弹性力学的奇想
战国公孙龙曾有“发引千钧”(一根头发牵引三万斤重量)的论题。《墨经》对此问题有惊人的见解:“发之绝否,说在所均”B64;“发均,悬轻、重。而发绝,不均也。均,其绝也莫绝。”B65即一根头发断绝或不断绝,要看它的各部分是否都十分均匀。如果头发的各部分都十分均匀,那么它就可以悬挂或轻或重的物体。头发断裂,是由于它结构不均匀;如果绝对均匀,那么头发就不会断绝。这种见解虽不合乎当时一般人的常识,但却包含着关于弹性力学和分子物理学的智慧之光,是非常富有科学内涵的大胆想象。
七、偏去莫加少:物质不灭定律
《墨经》云:“偏去莫加少,说在故”;B66“偏:俱一,无变”。B67意谓一个整体去掉一部分,留下一部分,从总量来说并没有减少,因为留下的部分和去掉的部分加在一起,就是原来的整体(《广韵》:“故,旧也。”故即原物)。从另一方面看,去掉的和留下的都是整体的一部分,把部分的量加起来,就得到全部的量。因而就量而言,各部分的量与原来整体的量并没有什么不同。这里很鲜明地表达出现代物理学中的物质不灭定律。