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我國古代對浮力的認識及應用
大約在殷商時期，我們的祖先就開始認識和應用浮力了，是世界上應用浮力最早的國家之一。當時是利用較大的獨木，從中間挖成槽形，放在江河的水中漂流，稱為獨木舟。人們利用它來載人和裝運收獲的獵物。后來又發展到用木板做成船體，在江河中代替獨木舟航行。隨著生產和技術的發展，以后各個朝代對船的形狀和結構又進行了多次改進，使木船不僅能在內河、湖泊中航行，還制造了能適用于大海、大洋中航行的大型船舶。明朝時的鄭和出使西洋用的大型“寶船”船隊，其船體在結構上合理、精致、美觀，都達到了古代造船工藝史上的顛峰。這一偉大的成果，是古代造船史上非常光輝的業績，是我們祖先對世界航海事業作出的偉大貢獻。
浮橋是我國古代歷史上應用浮力的偉大奇跡，在公元前8世紀周朝時就得到了廣泛的應用。在以后的年代，發展到不僅可以在小河上架起浮橋，而且像黃河這樣的大河上也架起了浮橋。相傳在11世紀初，在蒲州附近潼關以北的黃河上曾架起一座很大的浮橋，浮橋的纜繩用8只鐵牛系住，這些鐵牛立于兩岸，每只鐵牛重數萬斤。后來由于洪水泛濫，浮橋被沖垮，鐵牛也沉入河中。如何把鐵牛打撈起來，在當時的條件下，是比較困難的。和尚懷丙派人潛入水中，用鐵索把鐵牛和兩只裝滿泥土的大船系在一起，然后再把船中的泥土除去，利用大船所受的浮力，把鐵牛拉上來。
利用物體的沉浮原理估測液體的密度，在我國的宋、元時代已經開始。根據有關文獻記載，密度的測定主要是和古代的制鹽業密切聯系的，即由于估測鹽水的需要，發展了液體密度的測量技術，為曬鹽業提供了條件。11世紀，姚寬在臺州做官時，為了檢查鹽商是否舞弊，他首創了一種簡單的估測鹽水密度的方法。選用體積大體相同，而質量不同的蓮子十粒，當把蓮子放在鹽水中時，如果這些浮沉子──蓮子有5粒以上浮起，說明鹽水是最濃的；如果有三四粒蓮子浮起，說明此鹽水是濃鹽水；如果不足3粒蓮子浮起，說明此鹽水是稀鹽水。到了元代，經進一步改進，制造了便于攜帶的簡單裝置。取四個蓮子，分別用四種不同濃度的鹽水浸泡，放在一個竹筒內，便成為簡單的測定鹽水濃度的裝置。如果要測某種鹽水的濃度，只要把待測鹽水的一小部分裝入筒內，觀察各類蓮子浮起的情況，便可以估測鹽水的濃度。到了明代，測定鹽水濃度的方法進一步簡化，選一粒輕重合適的蓮子，放在竹筒內，當把待測的鹽水放入竹筒中時，如果蓮子浮在水面上成橫倒形，則鹽水最濃；如果成垂直形，則鹽水次濃；如果蓮子沉而下浮，則鹽水不濃。我國古代這種簡單估測鹽水濃度的方法，與現代密度計的原理相似，這說明我國古代對浮力的研究與應用已經相當深入了。中國古代對電現象的認識
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我國古代對電的認識，是從雷電及摩擦起電現象開始的。早在3000多年前的殷商時期，甲骨文中就有了“雷”及“電”的形聲字。西周初期，在青銅器上就已經出現加雨字偏旁的“電”字。
　　王充在《論衡·雷虛篇》中寫道：“云雨至則雷電擊”，明確地提出云與雷電之間的關系。在其后的古代典籍中，關于雷電及其災害的記述十分豐富，其中尤以明代張居正（1525～1582）關于球形閃電的記載最為精彩，他在細致入微的觀察的基礎上，詳細地記述了閃電火球大小、形狀、顏色、出現的時間等，留下了可靠而寶貴的文字資料。
　　在細致觀察的同時，人們也在探討雷電的成因。《淮南子·墜形訓》認為，“陰陽相薄為雷，激揚為電”，即雷電是陰陽兩氣對立的產物。王充也持類似看法。明代劉基（1311～1375）說得更為明確：“雷者，天氣之郁而激而發也。陽氣困于陰，必迫，迫極而迸，迸而聲為雷，光為電”。可見，當時己有人認識到雷電是同一自然現象的不同表現。
　　尖端放電也是一種常見的電現象。古代兵器多為長矛、劍、戟，而矛、戟鋒刃尖利，常常可導致尖端放電發生，因這一現象多有記述。如《漢書·西域記》中就有“元始中（公元3年）……矛端生火”，晉代《搜神記》中也有相同記述：“戟鋒皆有火光，遙望如懸燭”。避雷針是尖端放電的具體應用，我國古代地采用各種措施防雷。古塔的尖頂多涂金屬膜或鎏金，高大建筑物的瓦飾制成動物形狀且沖天裝設，都起到了避雷作用。如武當山主峰峰頂矗立著一座金殿，至今已有500多年歷史，雖高聳于峰巔卻從沒有受過雷擊。金殿是一座全銅建筑，頂部設計十分精巧。除脊飾之外，曲率均不太大，這樣的脊飾就起到了避雷針作用。每當雷雨時節，云層與金殿之間存在巨大電勢差，通過脊飾放電產生電弧，電弧使空氣急劇膨脹，電弧變形如碩大火球。其時雷聲驚天動地，閃電激繞如金蛇狂舞，碩大火球在金殿頂部激躍翻滾，蔚為壯觀。雷雨過后，金殿經過水與火的洗煉，變得更為金光燦燦。如此巧妙的避雷措施，令人嘆為觀止。
　　我國古人還通過仔細觀察，準確地記述了雷電對不同物質的作用。《南齊書》中有對雷擊的詳細記述：“雷震會稽山陰恒山保林寺，剎上四破，電火燒塔下佛面，而窗戶不異也”。即強大的放電電流通過佛面的金屬膜，全屬被融化。而窗戶為木制，仍保持原樣。沈括在《夢溪筆談》中對類似現象敘述更為詳盡：“內侍李舜舉家，曾為暴雷所震。其堂之西室，雷火自窗間出，赫然出檐。人以為堂屋已焚，皆出避之。及雷止，共舍宛然。墻壁窗紙皆黔。有一木格，其中雜貯諸器，其漆器銀者，銀悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一寶刀，極堅鋼（剛），就刀室中熔為汁，而室亦儼然。人必謂火當先焚草木，然后流金石。今乃金石皆鑠，而草木無一毀者，非人情所測也。”其實，只因漆器、刀室是絕緣體，寶刀、銀扣是導體，才有這一現象發生。
　　在我國，摩擦起電現象的記述頗豐，其常用材料早期多為琥珀及玳瑁。早在西漢，《春秋緯》中就載有“瑇瑁（玳瑁）吸衤若（細小物體）”。《論衡》中也有“頓牟掇芥”，這里的頓牟也是指玳瑁。三國時的虞翻，少年時曾聽說“虎魄不取腐芥”。腐芥因含水分，已成為導體，所以不被帶電琥珀吸引。琥珀價格昂貴，常有人魚目混珠。南朝陶弘景則知道“惟以手心摩熱拾芥為真”，以此作為識別真假琥珀的標準。南北朝時的雷敩在《炮炙論》中有“琥珀如血色，以布拭熱，吸得芥子者真也”。他一改別人以手摩擦為用布摩擦，靜電吸引力大大增加。西晉張華（232～300）記述了梳子與絲綢摩擦起電引起的放電及發聲現象：“今人梳頭，脫著衣時，有隨梳、解結有光者，亦有咤聲”。唐代段成式描述了黑暗中摩擦黑貓皮起電：“貓黑者，暗中逆循其毛，即若火星”。摩擦起電也有具體應用。據宋代的張邦基《墨莊漫錄》記載：孔雀毛扎成的翠羽帚可以吸引龍腦（可制香料的有機化合物碎屑）。“皇宮中每幸諸閣，擲龍腦以辟（避）穢。過則以翠羽掃之，皆聚，無有遺者”。關于摩擦起電的記載還很多。
　　近代電學正是在對雷電及摩擦起電的大量記載和認識的基礎上發展起來的，我國古代學者對電的研究，大大地豐富了人們對電的認識。中國古代對力學的研究
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力學知識起源于古代人對自然現象的觀察和生產勞動中的實踐經驗，并逐步發展為生產技術和初步的自然哲理，這在東西方古代都是如此。
　　在我國古代，手工工藝技術成果遠比經驗性的理論總結突出得多，這是中國古代對力學研究的主要特點。從時間來看，大體可分為春秋戰國、兩漢、宋明三個高潮。
　　（1）春秋戰國時期（公元前770～前221年）
　　公元前316年，蜀守李冰修建都江堰，“正面取水，側面排沙”，其飛沙堰工程巧妙地利用了彎道環流，說明當時測河水流量、了解泥沙規律等水力學知識及水利工程已有相當的水平，成都平原二千多年來始終受益。
　　傳為齊人著的《考工記》，是記錄我國古代農具、兵器、樂器、炊具、酒具、水利、建筑等古代手工藝規范的專著，現存版本中如《裘氏》、《筐氏》、《雕氏》等篇內容已散佚。其中慣性現象的記述[“馬力既竭，輈（zhōu，指車轅）猶能一取焉”］，車輪大小與拉力的關系（輪太低，馬總是像上坡一樣費勁），箭羽影響箭飛行速度的關系（“后弱則翔，中強則揚，羽豐則遲”），檢驗木料強度的經驗方法[如“置而搖之，以視其蜎（yuān，蠕動程度）]，“橫兩墻間，以視其橈之均”，“橫而搖之，以視其勁”），以及堤壩設計的經驗尺寸等，都反映了我國當時的生產技術水平和經驗知識水平。
　　與《考工記》幾乎同時的《墨經》，則進一步得出一些初步的力學哲理（如“奮”、“衡”、“本”、“標”、“重”、“權”等），給力下了比較科學的定義：“力，刑（形）之所以奮也。”可惜這一形成科學的抽象思維進程在后世沒有順利繼續下去。
　　這一時期是以記錄與積累生產經驗為主，也形成了初步哲理。
　　（2）兩漢到五代時期（前206～960）
　　簡單機械逐漸發展為精巧的或大型的聯合機械，如張衡的水運渾天儀、候風地動儀，西漢未巧工丁緩（公元1世紀）的“被中香爐”是世界上已知最早的常平支架，祖沖之（429～500年）的水磨等等。
　　隋代造船業已很發達，如隋煬帝的龍舟已高40尺，寬50尺，長200尺。李春主持建造的河北洨河趙縣安濟橋（公元595～605年），跨度最大（37.02米），弧度最淺（拱矢高7。23米），至今1300多年，下沉水平差只有5厘米，說明實用結構力學發展的水平。浮力的利用甚多，如：浮橋的建造[唐李吉甫：“以船為腳，竹篾亙（gèn，橫貫。）之”，“架黃河為之”]；東晉僧人惠遠在廬山造蓮花漏作為記時工具：“取銅葉制器，狀如蓮花，置盆水之上，孔底漏水，半之則沉”，即蓮花漏由孔底進水到一半時就逐漸下沉，“每一晝夜十二沉”，非常巧妙。還有著名的曹沖稱象故事，在陳壽著《三國志》卷二十及《江表傳》中均有記載。
　　上述種種成就，集之于書的不多，北齊信都芳曾“集渾天、地動、攲器、漏刻諸巧事并畫圖名曰器準”，但已散失。
　　這一時期帶有直覺經驗型的物理哲理性著作是王充的《論衡》，在他的著作中對于運動的疾舒（快慢）、力與運動、物與運動、內力與外力的關系等作了敘述。其次是運動的相對性概念，晉天文學家束皙（261～303年）說過：“乘船以涉水，水去而船不徙矣”（《隋書·天文志》）；晉葛洪（283～363年），號抱樸子，在其著作《抱樸子·內篇·塞難》中說：“游云西行，而謂月之東馳。”《晉書卷十一天文志》更將這一相對運動的思想用于解釋天體運行：“天旁轉如推磨而左行，日月右行，隨天左轉，故日月實東行，而天牽之以西沒。譬之蟻行磨石之上，磨左旋而蟻右去，磨疾而蟻遲，故不得不隨磨以左回焉。”有極大價值的是至少成書于東漢時代的《尚書緯·考靈曜》（著者不詳，收入明代孫毅編纂的《古微書》卷一《尚書緯》），該書在提出“地有四游，冬至地上行北而西三萬里，夏至地下行南而東三萬里，春秋二分是其中矣”的同時，提出了著名論斷：“地恒動而人不知，譬如閉舟而行，不覺舟之運也。”這種對運動相對性的觀點，《考靈曜》比伽利略的《對話》至少早約1500年。此觀點說明我國古代物理思想達到過的高度。
　　這一時期在機械、水力等技術發展基礎上物理思想活躍，但時物理現象很少作定量敘述。
　　（3）宋元明時期（960～1644）
　　我國古代技術成就極為豐富，但往往著述不詳或流散失傳，只知其名而不知其詳，因而許多“巧器”歷代都有人重新“創制”。如由仰韶文化時期尖底陶罐發展而成的攲器，“虛則攲，中則正，滿則覆”（《茍子·宥坐》），是由于重心由高變低而又變高而致的，晉人杜預、南北朝祖沖之，魏、隋、唐、宋都有多人試制，指南車也有東漢張衡、三國馬鈞、祖沖之、宋燕肅、吳德仁等多人多次制成或未成。后魏時有郭善明與馬岳同時研造，郭未成但妒嫉，見馬岳垂成，便用毒酒殺之。而燕肅造這種憑靠齒輪傳動使木人手指方向不變的指南車遇困難時，出門“見車馳門動而得其法”（宋陳師道《后山叢談卷一》），這也是從機械原理中悟出的。可惜的是往往因古代人悟而未述或述而失傳。記里鼓車也是利用傳動，使車輪走滿一里時有一齒輪轉滿圈并撥動小人打鼓一次。這說明我國手工制造中齒輪構造等工藝相當嫻熟，但直到宋代才記載較詳。
　　蘇頌（1020～1101）和韓公廉1092年建成了我國古代最大型的先進天文鐘樓“水運儀象臺”，其結構詳細載于蘇頌《新儀象法要》中，它涉及天文、力學、機械制造，其中有相當于鐘表擒縱器的“天衡”，是保證等時性的杠桿裝置。元代郭守敬（1231～1316）在天文儀器制造的種類（簡儀、仰儀、定時儀、日月食儀等十幾種）、結構和精度方面達到很高水平。
　　宋代曾公亮（997～1087）在《武經總要》這一軍事著作中除記載兵工機械、槍炮、軍用油泵（“猛火油柜”）等外，還在《尋水泉法》中詳載了虹吸管（“渴烏”），它在《后漢書·張讓傳》及唐代《通典》中都有記載，包括“取大竹去節”，“油灰黃蠟固封”竹首插入水中五尺”，燒火使“火氣潛通”入水，“則水自中逆上”等。
　　河北石家莊隆興寺的轉輪藏建于北宋，人在臺上繞軸走動時輪藏會緩慢地反向轉動，這實際上是動量矩原理的應用。
　　宋應星（1587～1644（？））的《天工開物》是明代農業和手工業生產技術的百科全書，在卷十五《佳兵篇》中記述了測試弓弦彈力大小的方法：“凡試弓力，以足踏弦就地，秤鉤搭掛弓腰，弦滿之時，推移秤錘所壓，則知多少”，方法十分巧妙。該書在我國失傳300年，于1926年才由日本找回翻印本。
　　總的來說，我國古代力學知識與古代精湛的工藝技術往往密不可分，但各時期對技術知識的整理匯集、研究提高、保存流傳都未受到重視，致使技術特別是科技理論不能代替人力形成明顯的生產力，科舉八股把教育與知識分子的注意力引到文字游戲或仕途官場上。一方面是大量生產知識與技術積累而又散失，缺乏系統整理，一方面是經驗性的定性的力學概念始終帶有思辨色彩（如“氣”、“道”、“理”），缺乏數學的定量引用和系統實驗的基礎，因此經典力學理論只能等待西方傳入。中國古代對磁的認識
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1.磁石的吸鐵性及其應用
　　我國是對磁現象認識最早的國家之一，公元前4世紀左右成書的《管子》中就有“上有慈石者，其下有銅金”的記載，這是關于磁的最早記載。類似的記載，在其后的《呂氏春秋》中也可以找到：“慈石召鐵，或引之也”。東漢高誘在《呂氏春秋注》中談到：“石，鐵之母也。以有慈石，故能引其子。石之不慈者，亦不能引也”。在東漢以前的古籍中，一直將磁寫作慈。相映成趣的是磁石在許多國家的語言中都含有慈愛之意。
　　我國古代典籍中也記載了一些磁石吸鐵和同性相斥的應用事例。例如《史記·封禪書》說漢武帝命方士欒大用磁石做成的棋子“自相觸擊”；而《椎南萬畢術》（西漢劉安）還有“取雞血與針磨搗之，以和磁石，用涂棋頭，曝干之，置局上則相拒不休”的詳細記載。南北朝（512～518年）的《水經注》（酈道元）和另一本《三輔黃圖》都有秦始皇用磁石建造阿房宮北闕門，“有隱甲懷刃人門”者就會被查出的記載。《晉書·馬隆傳》的故事可供參考：相傳3世紀時智勇雙全的馬隆在一次戰役中，命士兵將大批磁石堆壘在一條狹窄的小路上。身穿鐵甲的敵軍個個都被磁石吸住，而馬隆的兵將身穿犀甲，行動如常。敵軍以為馬隆的兵是神兵，故而大敗（“夾道累磁石，賊負鐵鏜，行不得前，隆卒悉被犀甲，無所溜礙”）。
　　古代，還常常將磁石用于醫療。《史記》中有用“五石散”內服治病的記載，磁石就是五石之一。晉代有用磁石吸出體內鐵針的病案。到了宋代，有人把磁石放在耳內，口含鐵塊，因而治愈耳聾。
　　磁石只能吸鐵，而不能吸金、銀、銅等其他金屬，也早為我國古人所知。《淮南子》中有“慈石能吸鐵，及其于銅則不通矣”，“慈石之能連鐵也，而求其引瓦，則難矣”。
　　2.磁石的指向性及其應用
　　在我國很早就發現了磁石的指向性，并制出了指向儀器司南。《鬼谷子》中有“鄭子取玉，必載司南，為其不惑也”的記載。稍后的《韓非子》中有“故先王立司南，以端朝夕”的記載。東漢王充在《論衡》中記有“司南之杓（勺子），投之于地（中央光滑的地盤），其柢（勺的長柄）指南”。
　　不言而喻，司南的指向性較差。北宋時曾公亮與丁度（990～1053）編撰的《武經總要》（1044年）在前集卷十五記載了指南魚的使用及其制作方法：“若遇天景噎（陰暗）霾，夜色瞑黑，又不能辨方向……出指南車或指南魚，以辨所向……魚法，用薄鐵葉剪裁，長二寸闊五分，首尾銳如魚形，置炭中燒之，候通赤，以鐵鈐鈐魚首出火，以尾正對子位，蘸水盆中，沒尾數分則止，以密器收之。用時置水碗于無風處，平放魚在水面令浮，其首常南向午也”。需要特別指出的是，這里極為清晰地論述了熱退磁現象的應用。當燒至通赤時，溫度超過居里點，磁疇瓦解，這時成為順磁體。再用水冷卻，磁疇又重新恢復。這時魚尾正對子位（北方），在地磁場作用下，磁疇排列具有方向性，因而被磁化。還應注意到，“鈐魚首出火”時“沒尾數分”，魚呈傾斜狀，此舉使魚體更接近地磁場方向，磁化效果會更好。從司南到指南魚，無疑是一個重大進步，但在使用上仍多有不便。
　　我國古籍中，關于指南針的最早記載，始見于沈括的《夢溪筆談》。該書介紹了指南針的四種用法：水法，用指南針穿過燈芯草而浮于水面；指法，將指南針擱在指甲上；碗法，將指南針放在碗沿；絲懸法，將獨股蠶絲用蠟粘于針腰處，在無風處懸掛。磁針的制作，采用了人工磁化方法。正是由于指南針的出現，沈括最先發現了磁偏現象，“常微偏東，不全南也”。
　　南宋時，陳元靚在《事林廣記》中記述了將指南龜支在釘尖上。由水浮改為支撐，對于指南儀器這是在結構上的一次較大改進，為將指南針用于航海提供了方便條件。
　　指南針用于航海的記錄，最早見于宋代朱彧（yù）的《萍洲可談》：“舟師識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針”。以后，關于指南針的記載極豐。到了明代，遂有鄭和下西洋，遠洋航行到非洲東海岸之壯舉。西方“關于指南針航海的記載，是在1207年英國納肯（A.Neckam，1157～1217）的《論器具》中。
　　3.其他與磁有關的自然現象
　　極光源于宇宙中的高能荷電粒子，它們在地磁場作用下折向南北極地區，與高空中的氣體分子、原子碰撞，使分子、原子激發而發光。我國研究人員在歷代古籍中業已發現，自公元前2000年到公元1751年，有關極光記載達474次。在公元1～10世紀的180余次記載中，有確切日期的達140次之多。在西方最早記載極光的，當推亞里士多德，他稱極光為“天上的裂縫”。“極光”這一名稱，始于法國哲學家伽桑迪。
　　太陽黑子，也是一種磁現象。在歐洲人還一直認為太陽是完美無缺的天體時，我國先人早已發現了太陽黑子。根據我國研究人員搜集與整理，自前165年～1643年（明崇禎十六年）史書中觀測黑子記錄為127次。這些古代觀測資料為今人研究太陽活動提供了極為珍貴、翔實可靠的資料。
　　遺憾的是，關于磁的認識盡管極為豐富，而關于磁現象的本質及解釋，往往又是含糊的，缺乏深入細致的研究。就連被稱作“中國科學史上的坐標”的沈括，對磁現象也認為，“莫可原其理”，“未深考耳”，致使在我國歷史上，一直未能產生可與英國吉爾伯特《論磁》比美的著作。中國古代在聲學上的貢獻
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在中國古代物理學中，聲學的成就可以說是一技獨秀，有特別加以記述的必要。
　　（1）樂器制作與樂律理論
　　中國古代音樂是世界文明中的一個寶庫。河南舞陽縣賈湖村的骨笛，是公元前5000～前6000年新石器時代的遺物，這是迄今發現的世界上最早的樂器。西周時期，見于《詩經》記載的樂器就有29種，其中頻率固定的打擊樂器有鼓、馨、鐘、鈴、（革兆）（搖鼓）等，調頻彈撥樂器有琴、瑟，管類樂器有簫、管、塤、笙等。《漢書·律歷志》已將當時的樂器品種按質料分為八種：“土曰塤，鮑（木瓜）曰笙，皮日鼓，竹曰管，石日馨，金日鐘，木日祝，絲曰瑟。”從眾多出土的古樂器中，引人注目的是編馨和編鐘。編馨是用特殊石頭（如玉石）制成的具有若干固定音列的組合馨。1950年在安陽武官村出土的殷代大理石馨，82厘米×42厘米×2.5厘米，音色渾厚如銅；1970年在湖北江陵出土的楚國編馨25只，其形狀已頗為規則，音域達三個八度。編鐘是由一系列銅制的鐘掛在木架上的組合鐘。1978年在陜西扶風曾出土了西周的青銅編鐘，1979年在湖北隋縣的戰國曾侯乙墓出土了公元前443年的編鐘，一套共65件，總重2500余斤，總音域跨五個八度，12個半音齊全，音色優美，效果極佳，充分顯示了我國古代音樂、冶金和樂器制造水平之高超。
　　由于重視“禮、樂、術、數”，我國古代研究樂音數學規律的律學相當發達，《二十四史》有許多律歷志的記載。最晚到殷商時期已產生了宮、商、角、徵、羽五聲，西周編鐘已刻有十二律（由于對樂音成組的認識，而產生十二律，其名稱為：黃鐘、大呂、太簇、夾鐘、姑洗、仲呂、蕤賓、林鐘、夷則、南呂、無射和應鐘，黃鐘為十二律中的第一律）中的一些銘文。以黃鐘為標準音高之首，逐次按半音降低，就形成了十二律。最早的樂律計算法見于《管子·地員篇》中的“三分損益法”，約產生于公元前7～3世紀間，即將主音律的弦（或管）長三等分，取其兩份（全管長的2／3，為損一），或增加一份（全管長的4／3，為益一），依次確定十二律中其他各律的方法。這種以弦長為準的方法，與歐洲當時以頻率為準的“五度相生法”是成倒數關系的。16世紀末，朱載堉提出了十二平均律的理論和算法。十二平均律是我國對音樂聲學的重大貢獻。
　　（2）聲的傳播與發聲原理的探討
　　據北魏酈道元《水經注》卷三十四《江水》記載：陳遵在造江陵金堤（公元512～518）時，曾利用鼓聲推算高地的高度，可能是利用鼓聲的傳播速度推算的。這一記載很有意義。
　　對于發聲原理，東漢王充在《論衡·論死篇》中先說明人的語言是由于“氣括口喉之中，動搖其舌，張合其口”而生的，然后推廣到“簫笙之管，猶人之口喉也，手弄其孔，猶人之動舌也”。宋代張載（1020～1077）及明代王夫之（1619～1692）進一步形成“形”（物體）與“氣”相沖突而發聲的觀點：“聲者，形氣相軋而成”。可以是“兩氣”相碰，如“谷響雷聲之類”，“兩形”相碰，“桴鼓所擊之類”，“形軋氣，羽扇敲矢（指羽扇生風、飛矢鳴鏑）之類……氣軋形，人聲笙簫之類”（《張子正蒙注》）。明宋應星具體考察了聲的發生的幾種情況：“沖”（“飛矢”），“界”（“躍鞭”），“振”（“彈弦”），“辟”（“裂繒”，即撕絲織品），“合”（鼓掌），“擊”（揮椎）。他認為發聲第一必須有氣：“氣而后有聲”，“氣本渾淪之物，分寸之間，亦具生聲之理，然而不能自生”；第二必須是“以形破氣”，“氣之一動”，“急沖急破，其聲方起”，例如“擊物”就是“氣隨所持之物而逼及于所擊之物有聲焉”（《論氣·氣聲》）。
　　關于聲音發生與傳播更為深刻的見解是王充和宋應星指出的。王充在《論衡·變虛篇》中將魚“動于水中，振旁側之水”與人的“操行”（行動）引起“氣應而變”加以對比。宋應星則明確提出“物之沖氣也，如其激水然。氣與水，同一易動之物。以石投水，水面迎石之位，一拳而止，而其文浪以次而開，至縱橫尋丈而猶未歇。其蕩氣也亦猶是焉，特微渺而不得聞耳。”（《論氣·氣聲七》）。他們明確指出：“氣”被“沖”如同“水”被“激”，“蕩氣”與水的“文浪”相似，可從“一拳”依次“開”至“縱橫尋（古8尺）丈”猶未止，只是“蕩氣”微小到聽不見而已，這就是“氣聲”。對聲波的發生與傳播從物理上分析如此精辟，在我國古代物理學中是很突出的。
　　關于共鳴現象的趣聞，莊子調瑟時發現共振現象，沈括在弦共振時作紙人試驗，噴水魚洗的研究等，文獻記載相當豐富。
　　（3）古代建筑中的聲學效應
　　利用聲學效應的建筑在我國已發現不少。古典籍中關于空穴傳聲類的記載與建筑有關的也有“地聽”、“墻聽”（《墨子·備穴篇》）等，用陶甕口向內砌墻可以隔音，在琴室及戲臺下埋大缸可增加混聲回響效果。著名的北京天壇中的回音壁、三音石與圜丘都巧妙地利用了聲的反射效應。還有河南郟縣蛤蟆音塔，四川潼南縣大佛寺的石琴等。
　　近年來深入研究了山西永濟縣普救寺鶯鶯塔的蛙聲。《西廂記》中“日午當庭塔影圓”，就是指此塔。該塔初建于隋唐，現存的塔重修于1564年明嘉靖年間，是一座方形空筒式十三層密檐式磚塔，高36.7米，建于陡坡的高處，周圍空曠，整個塔身和塔檐由涂釉青磚建成，這些青磚的聲反射系數達0.95～0.98，是聲音的良反射體。塔身成空筒形，對聲波起著諧振腔作用。由于十三層塔檐各層砌磚所成曲線的巧妙配合，對來自塔前距離約24米處的擊石聲產生良好的反射及會聚作用，因而“于地擊石，有聲如吠蛙”。同樣，遠處的聲音通過十三層塔檐反射就會聚在檐前附近，使人耳接收到的聲波能量大增。五里外的蒲州鎮的演唱聲，猶如塔內有戲臺。
　　我國古代建筑是利用聲學效應的科學寶庫，還有待于進一步發掘。上述成就體現了聲學與音樂、聲學與哲學和聲學與建筑、軍事等的結合，這也是我國古代物理學發展的根本特點之一。中國古代的熱學知識
人民教育出版社
我國古代的熱學知識大部分是生活和生產經驗的總結。至今所知的古籍中對熱的研究記載較少，還有待于進一步發掘。
　　火的利用和控制，使人類第一次支配了自然力，使人類文明大大前進了一步，同時，它也是古人對熱現象認識的開端。我國山西省芮城西侯度舊石器的遺址，說明大約180萬年前人類已經開始使用火。
　　對冷熱的認識。約在公元前2000年，我國已有氣溫反常的記載，在兩周初期，人們開始掌握降溫術和高溫術。據《周禮》記載，當時已設專人司貯冰事，冬季鑿冰加以貯藏，到春、夏季用以冷藏食物和保存尸體。說明當時已利用天然冰來降溫。我國冶煉業的發展較早，高溫技術也很早被人們掌握。江蘇省曾出土春秋晚期的一塊鐵，經科學分析，它是一塊生鐵，生鐵的冶煉溫度比熟鐵高，需達攝氏千度以上。生鐵的出土，說明在那時的高溫技術已達到一定水平。
　　溫度計還沒有發明以前，古人在冶煉金屬的實踐中，創造了通過觀察火候和火色來判別溫度高低的方法。據《考工記》記載，在鑄銅與錫時，隨溫度的升高，火焰的顏色先后變為暗紅色、橙色、黃色、白色、青色，然后才可以澆鑄。這種方法同樣也應用于制陶工業。從現代科學分析，不同物質有不同的汽化點，因此從火焰的顏色可以判斷所汽化的物質，從而判斷溫度的高低。對同一種物質，隨著溫度的升高，其顏色也先后有所變化。“火候”（包括火色）成了我國古代熱工藝中一個內容豐富的特有概念。
　　除制陶和冶煉金屬之外，我國古代還在農業中采用了控溫技術。據《漢書·召信巨傳》記載，西漢末年，我國己利用冬季栽培蔬菜，其方法是“覆以屋廡，晝夜蘊火，待溫氣乃生。”北魏時期，還利用熏煙的方法防止霜凍。
　　對冷熱問題，東漢王充還曾從理論上加以探討，在他的著作《論衡·寒溫篇》中寫道：“夫近水則寒，近火則溫，遠之漸微，何則？氣之所加，遠近有差也。”他把“氣”作為物體之間進行“溫”“寒”傳遞的物質承擔者，還指出距離變遠，“氣”的作用漸小。這里已涉及熱傳遞的理論問題，但它只是思辯性的，是我國“元氣說”的一種應用。
　　對熱是什么這一問題，我國古代也已注意到，南北朝成書的《關尹子》中認為：“外物”的來去是使瓦石一類物體發生寒熱溫涼之變的原因。而另一種說法見于據傳可能為北齊劉晝著的《劉子·崇學篇》，則從“五行”觀念出發，猜想物體寒、熱、溫、涼的變化是一種“內物”在起作用。這種所謂的“外物”或“內物”都是把熱設想為一種實體物質，它類似于18世紀“燃素”和“熱素”的觀念。
　　熱脹冷縮是重要的熱現象之一，在我國古代對它已有所研究和利用。漢代《淮南萬畢術》記述了這樣一個現象：把盛水銅甕加熱，直到水沸騰時密閉其口，急沉人井中，銅甕發出雷鳴般響聲。這現象可能是發熱物體在急速冷卻時發生了內破裂，破裂聲由井內傳出，這是一個典型的熱脹冷縮現象。元代陶宗儀曾親自作熱脹冷縮實驗，他把帶孔的物體加熱以后，使另一個物體進入孔洞，從而這兩個物體如“轆轤旋轉，無分毫縫罅”。他明確指出，這是前一物體“煮之胖脹”的緣故。據《華陽國志》記載，李冰父子修建都江堰時，發現用火燒巨石，然后澆水其上，就容易鑿開山石。這種利用巖石熱脹冷縮不均從而易于崩裂的施工經驗，在我國歷代水利工程中不斷為人們采用。
　　對水的物態變化，在我國古代也早有認識，例如對雨和雪形成的探討，認為是由于“積水上騰”而造成。《論衡》中對此有明確的表述：“云霧，雨之微也，夏則為露，冬則為霜，溫則為雨，寒則為雪。雨露冰凝者，皆由地發，不從天降也。”此文說明露、霜、雨、雪是因為不同的溫度由水凍凝而成，它們都是水由地面蒸發而產生的。漢代以后的古籍中，對雨、露、雪、霜成因的討論更多，說明當時對物態變化的知識有了新的認識。漢代董仲舒從“氣”的觀念出發，解釋雨、露、雪、霜成因的道理是：水受日光照射，蒸發成水汽，再在不同條件下形成雨、霰、雪等。從現在看來，這些分析也基本上是正確的。
　　我國古代，在生產和生活實踐中，創制了利用熱的各種器具。如宋代曾發明一種“省油燈”，在“燈盞一端作小竅，注清冷水于其中”，據說這種燈能“省油幾半”。現在分析，文中所說加入冷水，目的是降低溫度，避免油被燈火加熱后急速蒸發，其中包含了對油的汽化和溫度的關系的認識；據《淮南子》記載：“取雞子，去其汁，然（燃）艾火納空卵中，疾風因舉之飛”。這是關于“熱氣球”的最早設想，也是空氣受熱上升的具體應用。五代時期，據說還利用這一原理制成信號燈，所謂“孔明燈”也是應用了這一道理。關于走馬燈我國古代有較多記載，有的古籍把它稱作“馬騎燈”、“影燈”。宋代《武林舊事》在記述各種元宵彩燈時寫道：“若沙戲影燈、馬騎人物、旋轉如飛……”，這表明當時已利用了冷熱空氣的對流制造出各種各樣的走馬燈。
　　在我國古代，很早就出現了對熱動力的認識和利用，唐代出現了煙火玩物，“煙火起輪，走絨流星”。宋代制成了用火藥的火箭、火球、火蒺藜。明代制成了“火龍出水”的火箭，這些都是利用燃燒時向后噴射產生反作用力使火箭前進的道理，屬熱動力的應用，它是近代火箭的始祖，被世界所公認

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