张力的应用

抛石机在古代是一种攻守城池的有力武器,用它可抛掷大块石头,砸坏敌方城墙和兵器;而越过城墙进入城内的石弹,可杀伤守城的敌兵,具有相当的威力。这种抛石机除了抛掷石块外,还可以抛掷圆木、金属等其它重物,或用绳、棉线等蘸上油料裹在石头上,点燃后发向敌营,烧杀敌人。抛石机的原理非常简单,它实际上是一种依靠物体张力(如竹、木板弯曲时产生的力)抛射弹丸的大型投射器。

明代宋应星在《天工开物》一书中描述了测量引力的方法:“以足踏弦就地,秤钧搭挂弓腰,弦满之时,推移秤锤所压,则知多少。”书中还记述了风帆与船横面的比例对风力的影响,风帆高度与受力大小的关系;详细分析了“抢风”(风从横面来)的风向、航向和张帆方向之间的关系;论述了舵的长短对航力大小、舵的方向对船的运动方向的影响。

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磨在中国古代的发展可以看作力学史的一个缩影。早在新石器时代,人们已用两块石头的相对平动,或用一根圆石柱在另一块石板上滚动辗压谷物,或用杵捣碎放进臼内的谷物。《桓子新论》写道:“宓牺之制杵舂,万民以济,及后人加巧,因延力借身重以践碓,而利十倍。杵舂又复设机关,用驴驘牛马及役水而舂,其利乃且百倍。”这记载表明了从最古老的杵舂,到脚踏舂、畜力舂和水力舂的发展。而水力舂至迟在西汉时期已很普遍。东汉初,杜诗 (?~38) 制造了水力鼓风设备,即水排,它以水作动力,利用水轮、立轴、连杆、曲柄等构件将水轮的圆周运动转变成风箱拉手的往复直线运动。水排包括动力机械、传动机械和工作机械三个组成部分,在机械结构上水排比水磨更复杂,而原理相同。估计水磨当与水舂或水排同时出现。早期的磨只在磨盘上加一根直柄,推磨者必须围绕磨石旋转。后来在直柄上又加上一曲柄,将手的往复直线运动转变成磨的旋转运动。