计算机导论作业

中国古代（1911年前）物理领域成就

‌一、力学成就‌

• ‌简单机械的研究与应用‌：古代中国对杠杆、滑轮、斜面等简单机械进行了深入研究，并广泛应用于生产和生活中，如桔槔等简单机械的使用，以及水车、风车等复杂机械的设计‌。

• ‌力学原理的巧妙运用‌：如曹冲称象的故事，体现了浮力原理的应用，以及等量替换法的科学思维‌。

  

                                                                  木牛流马

  简单机械的联合使用有了大发展。张衡制造了水运浑天仪，他采用齿轮系把浑象和表示时间的壶漏结合在一起，以流水下落的力量带动齿轮，齿轮带动浑象旋转。公元132年，他还制造了世界上第一个地动仪，用以测定地震的震源方向。公元2世纪毕岚发明了“渴乌”，即虹吸管，逐渐广为应用；后来唐代杜佑《通典》卷一百五十七中有“渴乌隔山取水”条：“以大竹筩雌雄相接，勿令泄漏，以麻漆封裹，推过山外，就水置筩，入水五尺，即于筩尾取松桦干草，当筩放火，火气潜通水所，即应而上。”张衡、三国时马钧和南朝宋祖冲之都曾制造过指南车，这是一种指示方向的机械装置。汉代长安巧工丁缓造被中香炉， “为机环转四周，而炉体常平”（刘歆《西京杂记》），这或许是世界上最早的常平支架。西汉时有一种天平验湿器的发明。

  在王充的著作中，对物重和运动的关系作了粗略的描述：“是故车行于陆，船行于沟，其满而重者行迟，空而轻者行疾。”“任重，其进取疾速，难矣。”（《论衡·状留篇》）这段话指出，在一定的外力条件下，重量越大的物体改变开始运动状态越难。他的著作中还有许多关于力和运动的描述。

          在这时期，对流体的一般性质有所记述、探讨并实测了一些物体的比重，知道刻漏的流水速度会随温度变化。由于虹吸管在生产上的应用，又引起人们去探讨它的道理。《关尹子》写道：“瓶存二窍，以水实之，倒泻；闭一则水不下，盖（气）不升则（水）不降。井虽千仞，汲之水上，盖（气）不降则（水）不升。”唐代王冰在《内经素问注》中写道：“虚管溉满，捻上悬之，水固不泄，为无升气而（水）不能降也；空瓶小口，顿溉不入，为气不出而（水）不能入也。”

‌二、光学成就‌

• ‌几何光学的早期研究‌：《墨经》中详细记载了光的直进性、小孔成像、平面镜及球面镜的反射和成像等光学现象，是世界古代科学史上一篇难得的几何光学著作‌。

• ‌光学实验的观察与记录‌：汉代王充、宋代沈括等科学家通过亲手观察实验，对光的强度、直线传播、球面镜聚焦成像等光学现象进行了更加完善的阐述和记录‌。

  

  制作出青铜镜，凹面镜被普遍用于取火。《淮南子》中初步探讨了阳光焦点问题。在汉代，人们已知道平面镜的组合。晋代郭象在《〈庄子〉注》中说：“鉴以鉴影，而鉴亦有影，两鉴相鉴，则重影无穷”。《淮南万毕术》中有潜望装置的记载。

          汉代开始，中国就有“透光镜”。当一束光线射到这种金属镜的镜面时，经过反射，镜背面的花纹能清楚地映现在屏上，于是古代人就称它为“透光镜”。不能穿过不透明物质的光线，似乎能“透过”金属铜，把镜背面花纹反映出来，这种奥妙引起了历代人的注意。现代日本和西欧各国分别称它为“魔镜”、“不等曲率镜”。

   张衡对月光及月食现象作了正确的解释，在《灵宪》中说：“月光生于日之所照，魄生于日之所蔽。当日则光盈，就日则光尽。当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓暗虚。”

       《列子·汤问篇》记载了“小儿辩日”的有趣故事。两个儿童争论太阳究竟在早晨还是在中午距地面近。对于这个复杂的光学问题，晋代文学家束皙认为“此终以人目之惑，无远近也”（《隋书·天文志》），即与人的视幻觉有关。

  

‌三、声学成就‌

• ‌古代乐器的制作与音律研究‌：《诗经》记载的管弦及打击乐器多达29种，显示了古代中国在声学方面的丰富知识和高超技艺。同时，十二律和七声音阶的出现，也体现了对声音规律的深入探索‌。

  乐器有所发展。唐大中(847～860)初，调音律官郭道源在若干碗内盛不同数量的水，加减水量而改变其音调，用这样一组碗碟式乐器奏出优美的音乐。有大量典籍记载了各种乐器有共振现象。晋代张华、唐代乐律家曹绍夔还掌握了消除铜钟共振的方法。音律学也有发展，荀勖对管口校正数的计算和何承天创制属于平均律体系的新律，是此时期的重要声学成就。

  

                                                                          编钟

  北京天坛回音壁

  

‌四、电磁学与热学成就

电磁学

• ‌指南针的发明与应用‌：古代中国发明了指南针，这是地磁学的重要应用，对航海等领域产生了深远影响，体现了古代中国在电磁学方面的卓越贡献‌。

  王充对古老的“司南”这种利用磁性指南的器物，明确记载了其形状、用法和指向。人们不仅知道磁石吸铁现象，还发现了磁的排斥现象，《淮南·万毕术》中有“磁石拒棊”的记载。人们对磁石在防盗、防刺、作战和医疗上的应用也有一些幻想式记述。

  

热学

• ‌冷藏技术的初步应用‌：古代人们已知收藏冰用于冷藏，这是热学知识在生活中的初步应用‌。

  火的利用与控制‌：中国古代很早就学会了使用火，这是人类对热现象认识的开端。约180万年前，人类已开始使用火，后来发展为人工造火、阳燧取火等，体现了对热能的掌控和利用‌12。

• ‌冷热现象的观察与记录‌：约在公元前2000年，中国已有气温反常的记载。两周初期，人们开始掌握降温术和高温术，如利用天然冰来降温，以及冶炼业中的高温技术‌13。

• ‌火候与火色的判别‌：在温度计发明之前，古人通过观察火候和火色来判别温度高低，这一方法被广泛应用于冶炼金属和制陶工业中，体现了对热现象的深入观察和精准把控‌34。

• ‌热传递理论的探讨‌：东汉时期的王充在他的著作《论衡·寒温篇》中，对热传递提出了自己的见解，认为“气”是物体之间进行“温”“寒”传递的物质承担者，这一观点反映了古代中国对热传递理论的初步探索‌45。

‌五、其他成就‌

• ‌天文学与气象学的贡献‌：古代中国的天文学和气象学研究深入，如壶漏测时、圭表测影等天文仪器的制作与使用，以及比较完备的气象观测和预警体系的建立‌。

                                                                

  

                                                                    张衡地动仪

• ‌物理哲学思想的提出‌：如“阴阳说”、“五行说”等哲学思想，用以解释自然现象，这些思想中蕴含了朴素的物理观念，对后世的科学发展产生了深远影响‌。

  

                                                                            五行说

这些成就不仅展示了中国古代在物理领域的卓越贡献，也为后世的科学研究提供了宝贵的经验和启示。