大约在同一时期的《墨经》中记载了杠杆平衡的定量原理,简述如下:在《经下》一章中说:“天(衡)而必正,说在得。” 在《经说下》一章中说:“衡,加重于其旁,必捶。权、重,相若也相衡。则本短标长,两加焉,重相若,则标必下,标得权也。” 在这几句话中,“衡”是秤杆;“权”是秤锤;“捶”字通“垂”字;“标”即“末”,亦即秤杆细小的一端。这段话的大意是:“秤杆必须平直,秤锤必须得宜。在秤杆一边加重必下垂。秤锤和重物相当就平衡。若是秤头短秤尾长,两端加同重则末端必下垂,这是因为末端的秤锤大了。” 关于杠杆的这段总结比古希腊阿基米德所总结的杠杆原理略早,但后者比前者的论述要严密得多。按理说,根据这些理论,便可以造出不等臂秤了。但是考古发现,我国不等臂秤要迟至南北朝时期(420-589)才出现。不等臂秤的出现标志着定量的杠杆原理的成熟。杠杆原理是一类平行力的平衡问题,更重要的一类是关于重心和浮心的平衡问题。我国在这类问题研究中最突出的是尖底瓶。这种瓶一般尖底,腹部两侧有一对耳环以系绳,当灌入水不同高度时,平衡状态不同。考古发现,在新石器时代,仰韶文化(距今约6000年)中常见。后来历朝历代多有记载,称为“欹器”。早期在西安半坡村发现的尖底陶瓶,作为支点的双耳略低于空罐的重心,吊起时空罐呈倾斜状态。当把空罐置于水中,由于浮心比重心低,罐口没于水,易于装水,水满后罐的重心又降低,可以直立提出水面。春秋时代孔子见到的欹器则表现为另一种情况。在荀况(?前313-前238)著的《荀子?宥坐篇》记载说:“孔子观于鲁桓公之庙,有欹器焉,孔子问于守庙者曰:‘此为何器?’守庙者日:‘此盖为宥坐之器。’孔子曰:‘吾闻宥坐之器者,虚则欹,中则正,满则覆。’孔子顾谓弟子曰:‘注水焉!’弟子挹水而注之。中而正,满而覆,虚而欹。”即是说孔子见到的瓶子,空时是斜的,半满时平衡是稳定的,满了反而倾覆。按当时的说法,这种欹器是教育人们不要自满。不管怎样,这些不同的尖底瓶的出现,表明人们对重心和浮心的了解是很深入的,已经达到了装水到适当程度想平衡就平衡,想倾覆就倾覆的自由了。不倒翁是利用过重心的重力与支座反力的平衡制作的玩具,从唐代便有记载。在大约公元前2世纪,汉朝的刘安著的《淮南子?说山训》中说:“下轻上重,其覆必易。”这是关于平衡稳定性的最早最一般的总结。意大利学者托里拆利1644年总结的重心最低的平衡是好的平衡。虽然后者比前者深刻普遍得多,但却晚了近2000年。
展开