尖劈與斜面

尖劈能以小力發(fā)大力。早在原始社會時期，人們所打磨的各種石器，如石斧、石刀、骨針、鏃〔zu族〕等等，都不自覺地利用了尖劈的原理。墨家在討論滑輪的功用、說到它省力時，就將它比喻為“錐刺”。漢代王充說：“針錐所穿，無不暢達；使針錐末方，穿物無一分之深矣?！?《論衡·狀留篇》)可見墨家和王充等人清楚地知道尖劈原理的經(jīng)驗法則。

中國漢代發(fā)明的耕犁是對于人類的文明進步最有價值的尖劈原理的應(yīng)用之一。犁的早期形式是耒耜〔leisi磊四〕，耜指翻土的鏟，相當(dāng)一種尖劈。犁鏵與犁鐴〔bi辟〕是翻土的主要部件。鏵，以鑄鐵為之，多系等邊三角形，兩邊削薄成刃，其前端交為犁鋒，即尖劈。它的功用在平切土地。鐴，也以鑄鐵為之，形狀不一，大體為一拋物形斜面，其功用在于將鏵所掀起的泥土翻向某一側(cè)面。今天，雖然犁的外形、大小、質(zhì)地、發(fā)動力都有很大改進，而犁鏵與犁鐴的形狀及機制并沒有變。

在日常生活中常應(yīng)用的尖劈之一是楔子，木楔或金屬楔。人們常用它加固各種器具。唐代李肇講過這樣的故事：

在蘇州建造重元寺時，因工匠疏忽，一柱未墊而使寺閣略有傾斜。若請木工再把寺閣扶正，費工費事又費錢。寺主為此甚為煩惱。一日，一外地僧人對寺主說：不需費大勞力，請一木匠為我作幾十個木楔，可以使寺閣正直。寺主聽其言，一面請木工砍木楔，一面擺酒盛宴外地僧人。飯畢，僧人懷揣楔子，手持斧頭，攀梯上閣頂。只見他東一楔西一楔，幾根柱子楔完之后，即告別而去。十幾天后，寺閣果然正直了。(《唐國史補》卷中)

小小幾個尖劈，其作用卻如此巨大！

斜面的力學(xué)原理與尖劈相同。人們在推車行平地和上坡時發(fā)現(xiàn)用力不同。成書于春秋戰(zhàn)國之際的《考工記·辀〔zhou周〕人》寫道：“登阤〔zhi至〕者，倍任者也?！边@就是說，推車上坡，要加倍費力氣。當(dāng)用雙手舉重物到一定高度與用斜面將同樣的重物升到同一高度時，自然后者容易得多?！盾髯印ゅ丁瞴ou右〕坐》寫道：

三尺之岸而虛車不能登也，百仞之山任負車登焉。何則？陵遲故也。

意思是說，人們不能將空車舉上三尺高的垂直堤岸，卻能將滿載之車推上百仞高山。這是為什么？因為高山的路面坡度斜緩(“陵遲”)。這正是斜面物理功用的最好總結(jié)。

圖2-7墨家的斜面引重車

以墨翟為首的墨家學(xué)派，為了驗證斜面的作用，制造了一種斜面引重車(圖2-7)。該車前輪矮小，后輪高大。前后輪之間裝上木板，就成為斜面。在后輪軸上系緊一繩索，通過斜板高端的滑輪將繩的另一端系在斜面重物上。這樣，只要輕推車子前進，就可以將重物推到一定高度。(《墨經(jīng)·經(jīng)下》)這個斜面引重車，或許是當(dāng)年墨家刻苦鉆研的科學(xué)成就，而今天則是搬運工人的普通常識。

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