中國(guó)古代趣味物理實(shí)驗(yàn)十摘

1、1中國(guó)古代趣味物理實(shí)驗(yàn)十摘中國(guó)古代趣味物理實(shí)驗(yàn)十摘粟新華唐玉喜（邵陽(yáng)學(xué)院湖南邵陽(yáng)422000）摘要該文從中國(guó)若干典籍中采擷了十個(gè)趣味性較濃的物理實(shí)驗(yàn)這些實(shí)驗(yàn)構(gòu)思奇特，設(shè)計(jì)巧妙，且大多可用于課堂演示對(duì)了解中國(guó)古代物理實(shí)驗(yàn)發(fā)展的歷程具有一定參考價(jià)值關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞古代，物理，趣味實(shí)驗(yàn)中圖分類(lèi)號(hào)中圖分類(lèi)號(hào)：o4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ETenitemsofinterestingPhysicsExperimentinancientChinaSUXin

2、huaTANGYuxi（ShaoyangCollegeShaoyangHunan422000）Abstract:Abstract:InthispapertenitemsofphysicsExperimentareedfromancientReferencesinChinaTheseexperimentsweredesignedverywellcouldstillbeusedfdemonstrationinclassnowThemater

3、ialinthispaperwillbeHelpfultoinvestigatethehistyofPhysicsexperimentinchinaKeyKeywds:wds:ancientphysicsinterestingexperiment1壺竅壺竅瀉水瀉水谷應(yīng)泰在《明史記事本末》中介紹了徐有貞1453年受命往山東張秋治水之前所做的一個(gè)實(shí)驗(yàn)：“初，有貞方鳩功，有言沮者，上使中使問(wèn)之有貞示以二壺，一壺之竅一，一壺之竅五，注水二壺，五

4、竅先涸中使還報(bào)上，上惟有貞之所為”[1]這個(gè)實(shí)驗(yàn)是在主張對(duì)黃河決口進(jìn)行筑堤堵塞還是疏決開(kāi)支河的矛盾沖突下進(jìn)行的，徐有貞主張分河疏流認(rèn)為這樣易于排水但遭到部分人的阻攔于是，徐有貞當(dāng)著欽差大臣的面演示了壺竅瀉水實(shí)驗(yàn)，用事實(shí)說(shuō)明分河疏流的正確性，這一主張得到了皇上的支持實(shí)驗(yàn)是這樣進(jìn)行的：取兩個(gè)形狀一樣、容積相等的水壺，在一個(gè)壺中開(kāi)一個(gè)大孔，在另一個(gè)壺中開(kāi)五個(gè)小孔，五個(gè)小孔開(kāi)孔總面積等于大孔開(kāi)孔面積，將兩壺灌滿水后同時(shí)讓水從壺中開(kāi)孔處流出實(shí)驗(yàn)結(jié)

5、果是：開(kāi)有五個(gè)小孔的那壺水先流完這個(gè)實(shí)驗(yàn)的趣味性在于：人們通常認(rèn)為只要兩壺開(kāi)孔面積相等其流量必然一致但事實(shí)并非如此因在兩壺橫截面積、起始時(shí)水的深度和開(kāi)孔面積相等的情況下，壺中水流盡的時(shí)間決定于孔的水流量系數(shù)若兩壺開(kāi)孔形狀相同、孔緣銳利程度和水溫一致，則水流量系數(shù)決定于流速系數(shù)在一定范圍內(nèi)，流速系數(shù)是隨水的深度減小和孔徑減少而增大的，這就是五竅之壺中的水先涸的原因有關(guān)壺竅瀉水的記載，還可在《明經(jīng)世文編》、《物理小識(shí)》、《明通鑒》中見(jiàn)到，只

6、是在實(shí)驗(yàn)起因、壺的開(kāi)孔數(shù)目、竅口截面大小是否確定等敘述上稍有差異，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全相同這個(gè)實(shí)驗(yàn)也是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的世上同類(lèi)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)中最早的一個(gè)２結(jié)環(huán)飛木結(jié)環(huán)飛木《抱樸子》載：“用棗心木為飛車(chē)，以牛革結(jié)環(huán)劍以引其機(jī)，……交罡而乘之，上升四十里……”［２］飛車(chē)，即“竹蜻蜓”，它是一種飛行玩器這種玩器通常用竹片或木片作飛翼，飛翼下安一轉(zhuǎn)柄（環(huán)劍），轉(zhuǎn)柄套入用竹筒做成的手柄中在手柄一側(cè)開(kāi)孔，將繩索穿過(guò)小孔后纏繞在轉(zhuǎn)柄上，繩的一端露在手柄外，用

7、力抽出繩索，翼片即向空中飛去飛車(chē)的飛行原理是：拉動(dòng)繩索，轉(zhuǎn)柄飛速轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶著飛翼作圓周運(yùn)動(dòng)由于飛翼做成螺旋槳狀，3等按《淵鑒類(lèi)函》載：“周廟欹器東漢猶存，至漢之末不復(fù)存，形制遂絕”［７］后來(lái)，杜預(yù)、祖沖之，李臬、曹丕等又重造欹器，其應(yīng)用也越來(lái)越廣因?yàn)檫@種研究物體重心位置變化的實(shí)驗(yàn)，對(duì)提高物體穩(wěn)度的研究很有科學(xué)價(jià)值現(xiàn)在我們使用的翻籠車(chē)，就是一種重心位置可以人為變動(dòng)的裝置其實(shí)，古代陀螺，酒胡子（即不倒翁）也是類(lèi)似研究重心位置的器具欹器這一古

8、老器具，若將其懸掛在支架上搬上講臺(tái)，就象古人在宴席上進(jìn)行演示的那樣，那么這一器具就會(huì)再現(xiàn)光彩6律管考聲律管考聲《歲華紀(jì)麗》云：“節(jié)移陰管自符河內(nèi)之灰，春動(dòng)陽(yáng)鐘又應(yīng)金門(mén)之竹.”[7]說(shuō)的是截金門(mén)山之竹為管，采河內(nèi)蘆葦桿中薄膜燃燒成灰，將灰放入新制律管中，然后吹響標(biāo)準(zhǔn)的黃鐘律管，以此檢定新管是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).新管一端開(kāi)口，一端密封，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的黃鐘律管被吹響后，聲波從新管開(kāi)口端進(jìn)入管內(nèi)，從密封端反射回來(lái)，這樣，入射波與反射波疊加形成駐波.新管密

9、封處為駐波波節(jié)，若新管長(zhǎng)度正確，開(kāi)口處即為波腹，這時(shí)管內(nèi)空氣振動(dòng)最強(qiáng)烈，管內(nèi)輕灰被振成小堆一小堆的，同時(shí)會(huì)使人聽(tīng)到從管口傳來(lái)的共鳴聲.若新管不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，該管則無(wú)法共鳴，管內(nèi)輕灰保持原狀.這個(gè)有趣的聲學(xué)實(shí)驗(yàn)，其成果在中國(guó)古代廣泛應(yīng)用于度量衡的檢定，對(duì)制造和調(diào)整各種樂(lè)器也有十分重要作用.據(jù)《后漢書(shū)》載，這種實(shí)驗(yàn)通常在緹室進(jìn)行：“候氣之法，為室三重，戶閉，涂釁必周，密布緹縵.中以木為案，每律各一，內(nèi)庳外高，從其方位，加律其上，以葭莩灰抑其

10、內(nèi)端，案歷而候之，氣至者灰動(dòng).”[8]“葭莩”是蘆葦桿里的薄膜，用它燒成的灰很輕，當(dāng)竹管振動(dòng)時(shí)，灰容易發(fā)生位移.“緹縵”是沒(méi)有花紋的絲織品，將它密布室內(nèi)，目的在于防止室外聲音和空氣流動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾.《后漢書(shū)》中記載的緹室，也是我國(guó)最早的聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室，距今至少有1700多年了.現(xiàn)物理教學(xué)中，聲音在空氣中的傳播速度是一重要常數(shù)，測(cè)定這一常數(shù)的實(shí)驗(yàn)有共鳴管法.該裝置就是從律管考聲實(shí)驗(yàn)裝置演變過(guò)來(lái)的.同樣，演示音叉的共振，是在頻率相同的兩音叉下各

11、裝一共鳴箱，使它們相隔一定距離，敲擊其中一音叉，另一音又發(fā)生振動(dòng)，同時(shí)聽(tīng)到從共鳴箱發(fā)出的聲音.這個(gè)實(shí)驗(yàn)也是從律管考聲實(shí)驗(yàn)中演變過(guò)來(lái)的，其中還融入了“紙人共振”的實(shí)驗(yàn)方法.７拳上倒碗拳上倒碗唐段成式說(shuō)，在他還未虧齒時(shí)就聽(tīng)人說(shuō)過(guò)，有人能以籌碗中綠豆擊蠅，十不失一，并且“又能拳上倒碗，走十間地不落”［9］“拳上倒碗，走十間地不落”，這是一個(gè)驚險(xiǎn)而有趣的實(shí)驗(yàn)：將碗懸掛在拳頭下面，人握拳行走，即使走很遠(yuǎn)距離，碗也不會(huì)掉落上述實(shí)驗(yàn)在民間廣為流傳，街

12、頭、酒宴中常常有人演示有人以“拳”為“掌”名“手掌吸碗”或“掌下懸碗”掌下怎能懸碗呢？原來(lái)，將碗置于掌上時(shí)，另一只手用力將碗底在掌上擠壓，使掌上肌肉盡量填滿碗底把碗與掌倒過(guò)來(lái)后，碗在重力作用下要向地面運(yùn)動(dòng)，這樣在碗與掌接觸部分的中間就形成真空而產(chǎn)生負(fù)壓，若碗與掌接觸部分不漏氣，碗就會(huì)懸在掌下而不掉落８水中水中“浮”錢(qián)明方以智在《物理小識(shí)?卷一》中指出：“置錢(qián)于碗，遠(yuǎn)立者視之不見(jiàn)注水溢碗，錢(qián)浮水面矣”這是一個(gè)演示光的折射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)：將硬幣