滑輪與轆轤

滑輪，古代人稱它為“滑車”。應(yīng)用一個(gè)定滑輪，可以改變力的方向；應(yīng)用一組適當(dāng)配合的滑輪，可以省力。至少從戰(zhàn)國開始，滑輪在作戰(zhàn)器械、井中提水等生產(chǎn)勞動(dòng)中被廣泛應(yīng)用。傳說公元前第4世紀(jì)，巧匠公輸般為季康子葬母下棺，使用了滑輪。漢代畫像磚和陶井模型都有滑輪裝置。

山東武梁祠一漢代畫像磚，描繪了人們從水中打撈鐵鼎的畫面(圖2-3)：河岸兩邊各有三人前后拉著繩子，腳蹬河岸斜坡，彎腰使勁；繩子一端通過滑輪連結(jié)在鐵鼎上；上下左右，眾人圍觀。它描述的是秦始皇“泗水取鼎”(《史記·秦始皇本紀(jì)》)的故事。傳說，大禹造了九個(gè)巨鼎，以便人們識(shí)別善惡。九鼎從夏傳到商、周，成了最高統(tǒng)治者權(quán)力的象征。在周赧〔nan蝻〕王十九年(公元前296年)，秦昭王從周王室取走了九鼎，不幸途中一鼎竟然飛入泗水河。后來，秦始皇去東海覓神仙，路過此地，便命令千人入泗水河打撈寶鼎?？墒?，當(dāng)寶鼎剛拉出水面，一條龍(在畫面鼎上)沖出，咬斷繩索，寶鼎又沉落河底。畫面左邊生動(dòng)地刻劃了繩子斷裂一剎那，拉繩人朝天仰倒的情景。這幅畫和這個(gè)故事表明那時(shí)候已普遍使用滑輪。

圖2-3漢代畫像磚：泗水取鼎(摹繪)

圖2-4金墓壁畫中的轆轤(摹繪)

滑輪的另一種形式是轆轤(圖2-4)。將一根短圓木固定于井旁木架上，圓木上纏繞繩索。索的一端固定在圓木上，另一端懸吊木桶。轉(zhuǎn)動(dòng)圓木即可提水。只要繩子纏繞得當(dāng)，繩索兩端都可懸吊木桶。一桶提水上升，另一桶往下降落，這就可以使轆轤總是在作功?！笆坟甲鬓A轤”(《物原》)，史佚是周代初年的史官，表明轆轤大概起源于商末周初。據(jù)曾公亮在《武經(jīng)總要前集·水攻·濟(jì)水府》中記載，周武王時(shí)有人以轆轤架索橋，穿越溝塹。唐代劉禹錫(公元772-842年)描寫了他親自所見的一種稱為“機(jī)汲”(《劉夢得文集·機(jī)汲記》)的提水機(jī)械(圖2-5)，它是將轆轤與架空索道聯(lián)合并用，以便將山下流水一桶桶地提上山頂，既澆田地又省力。

圖2-5機(jī)汲

1.滑輪；2.繩索；3.供懸吊水桶的鐵鍵。

山頂上隱約可見絞轉(zhuǎn)繩索的轆轤。

現(xiàn)有史籍中最早討論滑輪力學(xué)的還是《墨經(jīng)》。書中將向上提舉重物的力稱為“挈”〔qie竊〕，將自由往下降落稱為“收”，將整個(gè)滑輪機(jī)械稱為“繩制”?！赌?jīng)·經(jīng)下》寫道，以“繩制”舉重，“挈”的力與“收”的力方向相反，但同時(shí)作用在一個(gè)共同點(diǎn)上。提挈重物要用力，“收”不費(fèi)力。若用“繩制”提舉重物，人們就可省力而輕松。在“繩制”一邊，繩較長、物較重，物體就越來越往下降；在其另一邊，繩較短、物較輕，物體就越來越被提舉向上。如果繩子垂直，繩兩端的重物相等，“繩制”就平衡不動(dòng)。如果這時(shí)“繩制”不平衡，那么所提舉的物體一定是在斜面上，而不是自由懸吊在空中。(圖2-6)對于墨家豐富的力學(xué)知識(shí)我們不能不欽佩！

圖2-6墨家討論滑輪的力學(xué)問題

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