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1、墨经中指出，“宇，弥异所也。”“久，弥异时也。”（久同“宙”）经说上解释是：“宇，蒙东、南、西、北。”“久，合古、今、旦、莫。”（莫就是“暮”。）墨经中指出：“宇或（域）徙，说在长宇久。”经说下解释是：“长：宇徙而有（又）处，宇：宇南北在旦有（又）在莫。宇徙久。”表明事物的运动（徙）必定经历一定的空间和时间（宇和久），而时间的流逝和空间的变迁是结合在一起的，故称“宇徙久”。战国时期惠施（公元前约370前约310）曾说：“至大无外，谓之大一；至小无内，谓之小一。”“大一”正是无限宇宙的朴素观念。唐代柳宗元（773819）在天对中写道：“无中无旁，乌际乎天则？”意思是说，天没有中心也没有边沿，哪儿

2、是天的边际呢？战国庆子在逍遥游中指出时间是无限的。东汉张衡（78139）也曾明确指出：“宇之表无极，宙之端无穷。”表示作为时间的起点和终点正如空间一样是没有穷尽的。对运动的认识墨经定义“动，或（域）徙也。”“止，或（域）久也。”表明运动是位置的变化，静止是物体在一位置上处有一段时间。东汉尚书纬考灵曜中精彩记载着：“地恒动不止而人不知，譬如人在大舟中，闭牖而坐，舟行而不觉也。”说明运动的相对性，这比伽利略的思想要早1500年左右。东汉王充（27约97）论衡中的说日篇指出：“天行已疾，去人高远，视之若迟，盖望远物者，动若不动，行若不行。何以验之？乘船江海之中，顺风而驱，近岸则行疾，远岸则行迟，船行

3、一实也，或疾或迟，远近之视，使之然也。”表明物体真实运动与视运动的快慢有很大的差别。并提出了类似于“速率”的概念，当时用“舒疾”表示。论衡中的“状留篇”中记载了：“是故湍濑之流，沙石转而大石不移。何者？大石重而沙石轻也。”“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，其取进疾速，难矣！”表明物体运动快慢与物体本身重量的关系。考工记中记载了：“马力已竭，（zhu，指车辕）犹能一取焉。”意思说，马拉车时，马已停下来，不再对车施拉力，但车辕还能继续前进一段路。表明当时对惯性已有认识。对力的认识墨家最早指出，“力，刑之所以奋也。”“刑”同形，表示物体；“奋”在古籍中可表为由静到动、

4、动之愈烈、由下上升等等，表示了力对物体运动的影响。王充在论衡中也记载了力的作用问题。经观察，他提出，外来的力能使物体产生运动，但内力不能使物体运动，认为“力重不能自称”，并举例说，古代传说中的大力士，手能断牛角，能拉直铜钩，力气很大，但就不能把自己举起来离开地面（“使之自举，不能离地”），表明内力与外力的差别。对简单机械的认识墨家通过简单机械的利用，对力的平衡问题作了较详尽的观察和分析，借用桔槔和秤论述杠杆平衡的知识，提出了“重”（重物）、“权”（秤锤或砝码）、“本”（杠杆支点靠“重”一边的杠长）、“标”（杠杆支点靠“权”一边的杠长）四个概念，并用它来解释。在经说中写道：“衡，加重于其一旁，必

5、捶。权、重相若也相衡，则本短标长。两加焉，重相若，则标必下。标得权也。”除此以外，墨家还研究杠杆平衡的用途，如用杠杆制成鼓风箱等。墨家还研究了斜面，并利用斜面来提重物。他们设计了一种装有滑轮的前低后高的斜面车，称为“车梯”。这样随着车梯的前进，重物不断地升高，节省了人力。尖劈也是一种简单机械，我国周口店第13地点发现的石器，有6070的刃角。到了春秋时期，由于冶铁手工业的发展，采用铁制的尖劈，并在生产、生活中加以应用。公元132年，张衡创制了候风地动仪（左图），它装有8个曲杠杆，对地震有预测作用。公元138年3月1日，地动仪朝西边的那个铜球突然下落到铜蛤蟆的嘴中，但当时洛阳城并没有地震的感觉。

6、过了好几天，送信人到当时洛阳城并没有地震的感觉。过了好几天，送信人到洛阳，报告了甘肃发生了大地震，证明了地动仪的科学价值。类似的仪器，在欧洲到公元1703年才试制成功。其他力学知识春秋时期以前，人们已认识了物体的重心及其应用。中华人民共和国成立后，在西安半坡村出土的属于仰韶文化期的尖底提水陶壶结构就说明了这一点。这种提水壶，底尖、腹大、口小，系绳的耳环设在壶腹靠下的部位。当空壶悬挂时，壶身略有倾斜；当壶中注入约6070%的水时，水壶的重心下降至耳环这一支点以下，壶就正立；继续注水，当水壶的重心高至支点以上时，壶就自动倾倒。这样的安排，何等巧妙。到先秦时期，这种提水壶经过修饰，变成一种宫廷玩物“

7、欹器”，它也是一种利用重心来调节平衡的器物。春秋末年，人们利用水的浮力来测定箭杆材料和木制轮子的均匀性，提出“平沈必均”的见解，表示浮沉程度一样（“平沈”），各处的质量必然均匀（“必均”）。广为流传的曹冲称象的故事，也是一例。相传蒲州附近，潼关以北黄河上曾架有一浮桥，用8只铁牛系住，这些铁牛各重数万斤，立于两岸。1064年因洪水暴涨，浮桥冲坏，铁牛也沉没在河中。僧怀丙知道后，便用两只大船装满泥土，同时派人潜入水中用铁索把水底的铁牛系在大船上，然后卸去大船中的泥土，结果“舟浮水出”。对声学知识的认识我们祖先对声学知识的认识，是从乐器制造开始的，在实践中初步掌握了多种发音原理、多种材料发声与传声的

8、性能、乐器形状对发声的关系等等。如在春秋战国时期，已明确指出“薄厚之所震动，清浊之所由出”，表明薄钟和厚钟的振动是钟声清浊的来源。同时还记载着不同形状的钟体对声音的产生和传播会产生不同的影响。当时也知道了共振现象，如庄子一书中就记载了调瑟时发生的共振现象。与此同时，也能想办法来消除声音，如战国时期的空心砖就是一种隔音技术。东汉王充的论衡中第一次讲到人声是因喉舌鼓动空气而发生的，箫笙之声也是空气振动的结果。北宋的沈括（10311095）在梦溪笔谈一书中记载了关于乐律、古琴的制作和传声、古乐钟的发声、共鸣现象等声学知识，并记载了声的共振实验。我国古代还出现了不少具有声学特性的建筑，名扬天下，如明代

9、建成的北京天坛，其中的回音壁、三音石和圜丘就具有良好的声学特性的建筑物。【亚里士多德和他的运动原理】亚里士多德（Aristotle，公元前384前322）是古希腊时期在科学界、哲学界影响最大的人物，是一位伟大的思想家，也是一位最博学的人物。曾学过医，也当过教师，在雅典创办了自己的学院和学派。他也和当时的哲学家们一样，力求提出一个完整的世界体系来解释各种自然现象。同时他又是首先从经验出发来考察和研究具体问题的人。他对天文学、物理学、生物学等方面都有研究，并提出了自己的见解。他也是形式逻辑的创始人。他著有物理学一书，这是一部关于自然哲学的著作。书中提出了比较系统的运动理论，认为运动是事物从潜能变为

10、现实，运动与物体不可分，运动是永恒的，但是他又认为永恒的运动必定有永恒的原因，将“第一推动者”作为整个宇宙永恒运动的根源。他反对原子论，不承认存在真空，并提出了两条物体的运动原理。第一，他认为物体只有在一个外来的推动者不断作用下，才能保持运动。如果推动者停止作用，那么物体就会立刻停下来。这就是动者不断作用下，才能保持运动。这就是我们后来所说的“力是产生运动的原因”。第二，他认为轻、重两个物体同时降落的话，重的物体比轻的物体下坠得快。这两个错误观点流传达2000年之久，后被伽利略纠正。【阿基米德和浮力原理】阿基米德（Archimedes，公元前 287前212）是古希腊数学家、物理学家、发明家。

11、他提出了比重的概念，发现了后来命名的阿基米德定律，研究了杠杆原理，制造了很多机械。关于阿基米德定律的发现，流传着一个有趣的故事。相传叙拉古国王亥厄洛用黄金请工匠做了一顶非常精致、漂亮的王冠，但是他怀疑工匠用银子偷换了部分黄金。于是要阿基米德在不损坏王冠的前提下，查验王冠是否是纯金制成的。阿基米德整天捧着王冠苦苦思索，总是不得要领。但是他并不气馁，继续研究。一次，阿基米德洗澡，他跨入盛满着水的浴桶，随着身子浸入浴桶，一方面感到水对身子有一股向上的托力，另一方面一部分水从桶边溢出。阿基米德发现这个现象，立刻领悟到可以用测定固体在水中排水量的办法来测定该固体的比重。这时，阿基米德异常兴奋，忘了自己是

12、裸露着身子，从浴桶中一跃而起，奔了出去，狂呼“攸勒加，攸勒加”（意思是我找到了）。阿基米德继续做实验，拿一块黄金和一块重量与之相等的白银，由于比重不同，两者体积就不同。如把两者分别放入盛满水的容器中，则银块排出的水比金块多得多。于是阿基米德来到王宫，把王冠和同等重量的纯金块放进盛满水的容器里，分别测出它们排出的水量，一比较，问题就解决了。根据各种历史记载，我们不必花精力去追究工匠是否偷盗了黄金，但是从这个实验中却得出了一个重要的物理定律，即阿基米德定律。阿基米德在论浮体中表述了这一定律的重要内容：放在水中的物体所失去的重量，等于其排开的水的重量。【奥托格里克和马德堡半球实验】奥托格里克（Ott

13、o von Guericke，160211201686511）是德国物理学家、工程师。他最享盛名的是发明了抽气机，并用抽气机获得真空，做了著名的马德堡半球实验，证明了大气压的存在。格里克首先用酒桶或啤酒桶装满水，并把桶上所有空隙堵塞，以阻止桶外空气的流入。桶的下方装上一个金属管，利用水本身重量下沉，借以抽去桶内的水，使桶内留下一个没有空气的空间。但是实验并未能成功。第二次，用铜球代替酒桶或啤酒桶，除了底下装有一个抽水和抽气的抽机以外，顶端还装有一个龙头。最初，抽机的活塞容易移动，但很快就越来越难移动了。当大家认为球内空气快要抽空时，突然一声巨响，铜球瘪了下去，经研究，认为是铜球不圆，致使较平坦

14、的部分无力承受周围的压力。当尽力把铜球做成十分圆的时候，试验成功了，获得了真空。当开启顶端的龙头时，空气立即涌入铜球，其力大得几乎要把站在它前面的人拉进铜球。在这样的基础上，于 1654年做了马德堡半球实验。马德堡半球实验是用两个直径约3/4爱尔（旧时量市的尺度，各国算法不一，英国1爱尔等于45英寸）的铜的半球，每个半球上装有铜环，使其紧压在一起，通过抽机把其间的空气抽去。然后两边各用8匹马对拉，尽管马夫卖力地驱赶马匹，但仍不能把铜球拉开。如果打开抽机的开关，只要轻轻一拉，铜球就可以分成两半。这是历史上第一次演示表明我们周围存在着大气压。【托里拆利和大气压实验】托里拆利（Erangelista

15、 Torricelli，1608.10.15164710.25）是意大利物理学家。最出名的贡献是发明气压计，以他姓名命名的托里拆利实验也是和气压计分不开的。1644年6月11日托里拆利在致罗马市李奇的信中，宣称发明了气压计，并对自己所做的实验作了解释。信中写道：“我们是生活在由空气组成的海洋底部。实验证明，空气确有重量。地面附近最稠密的空气的重量大约等于水的重量的四百分之一。”并描述了测量大气压的实验装置和过程，还用水代替水银做同样的实验，由于水银比水重，水柱就比水银柱高，并测得水柱的高度。最后他用两根管子同时做实验，看到两根管子内水银柱上升的高度相同。由此，托里拆利肯定了作用不是来自内部，而

16、是外界的大气所造成的。在这些实验的基础上，说明了大气压可以用水银柱的高度来量度。托里拆利还利用大气压正确地解释了真空形成的原因。【伽利略和运动理论】伽利略（Galileo Galilei，1564.2.151642.1.8）是意大利物理学家、天文学家。在物理学上，伽利略提出了运动相对性原理、加速度概念、落体定律、动量概念、惯性原理、单摆的摆动周期与振幅无关等，与此同时，在天文学上也有很多贡献。1638年，伽利略发表了关于两门新科学的对话一书，书中精彩描述了在作匀速直线运动的船舱里作力学实验的情景，并得出了一个重要的原理。伽利略描述说，在一只作匀速直线运动的密封的船舱里，一切力学现象都和船在静止

17、时一样：小瓶里的水照样一滴一滴地垂直掉下来；盆里的鱼照样自由地游动；小虫子照样向各个方向自由地飞翔；人在船上用同样的力气往各个方向跳，都会跳得同样远。总之，伽利略归纳地认为，我们无法找到任何力学现象能够使我们判断船是在作匀速直线运动，还是静止。换句话说，我们没有办法用任何力学实验，来判断和确定船的状态。如果力学定律在某个参考系（也称惯性参考系）中是成立的，那么相对于该参考系作匀速直线运动的参考系中，它也同样成立。也就是说，在描述力学过程方面，各个惯性参考系都是等效的。这就是著名的伽利略相对性原理。伽利略在实验的基础上，把运动分成匀速运动和变速运动，从而引进一个重要的概念加速度。把速度和加速度分

18、开，就可以澄清亚里士多德运动观念中的模糊之处。伽利略首先定义了匀速运动，认为“我们称运动是均匀的，是指在任何相等的时间间隔内通过相等的距离。”这就表明匀速运动的速度与时间无关，速度是一个常数。但是，变速运动的速度却与时间有关。如何定义匀加速运动呢？伽利略曾提出用瞬时速度的概念来描述变速运动，也曾考虑用物体经过的距离s来定义速度的增量，经过实验和思考，自己又加以否定，后来他正确地利用速度的增量v与用去的时间t成正比的运动作为匀加速运动的定义，同时也提出了加速度的概念。自由落体定律的发现，是伽利略对力学发展的又一个重要的贡献。伽利略在比萨期间（15891591）的工作，仅仅是他研究落体运动的开始。

19、在帕多瓦任教期间（15921610），他对落体运动有了比较深刻的认识。1609年前后，伽利略才在自己的笔记中得出“堕落速度与时间成正比”的正确结论。所以一般认为伽利略是在1609年提出落体定律的。至于伽利略是否做过比萨斜塔的落体实验，我们不去论证，但有一点必须说明，第一个做落体实验的不是伽利略，而是出生于比利时的史特芬（S.Stevin，15481620）。他和他的朋友格鲁特（de Groot，15541640）在荷兰的德尔夫特曾做过落体实验。从 30英尺高处，同时丢下2只铅球，其中一只的重量是另一只的10倍，根据它们落在一块木板上的声音，来判断是否同时落地。实验结果是同时落地。这一实验在15

20、86年出版的史特芬撰写的水重原理中介绍过。伽利略研究落体运动时，首先证明了斜面上滚下的球的运动，与自由下落的球的运动绍过。伽利略研究落体运动时，首先证明了斜面上滚下的球的运动，与自由下落的球的运动有相同的运动性质。他要研究的落体问题，并不是研究为什么下落，而要研究怎样下落，所以必须做定量的实验。于是伽利略做了一个著名的实验斜面实验。斜面的木板长12码（相当于11米），中间有一条笔直的沟槽，木板的斜度保持在5度左右。让一只小黄铜球从斜板上滚下，测量小球沿斜面滚下的距离与它相应的时间。当时是用“水钟”来测量时间间隔的。实验结果，伽利略发现在连续的各个时间间隔内，小球滚下的距离与奇数1、3、5、7成

21、正比。发现在各个连续时间内，小球滚下的总距离与1、1+3、1+3+5、1+3+5+7、成正比，即与整数1、2、3、4、的平方成正比。伽利略用不同重量的小球，在不同的倾斜度的条件下，重复很多次实验，都得到了同样的结果，即小球所通过的路程与所经历的时间的平方成正比，即2 2st 或s/t =常数。利用外推法即可得出，当斜面的倾斜角为90时，这一结论也应该成立。于是得出自由落体也是匀加速运动，由此建立了自由落体定律。这样，便推翻了亚里士多德的关于重物比轻物先落地的错误观念。伽利略在斜面实验的基础上，又做了第二斜面的实验，即在斜面的对面再放置一个斜面，下端相连。小球沿高度为H的斜面滚下，并沿第二斜面滚

22、上，如果摩擦小的话，小球基本上可以达到同样的高度H。如果第二斜面的倾斜度减小，则小球不管实际路程的延长，还要滚到高度H。随着倾斜度不断减小，小球滚过的路程将越来越长。如果第二斜面是水平面，那么小球将以不变的速度值沿平面永远运动下去。于是，他得出结论：“当一个物体在一个水平面上运动，没有碰到任何阻碍时，它的运动就将是匀速的并将无限地继续进行下去，假若平面是在空间中无限延伸的话。”这就是“惯性原理”。这清楚地表明亚里士多德的运动观念是不对的，力不是产生运动的原因，而是改变运动的原因，这样便把动力学的研究引上了正确的道路。发现单摆的摆动周期与振幅无关，也是伽利略的一个贡献。相传在1583年，当他在比

23、萨教堂祈祷时，他的注意力被点亮以后还在摆动的大油灯的运动所吸引。伽利略以他仅有的“表”自己脉搏的跳动来计算油灯摆动的时间，他发现即使大油灯的运动已大大减弱，但摆动的时间还是相等的。由此伽利略发现了摆的等时性。当时他正在研究医学，就用这种摆来测量病人的脉搏。这一成果，包括后来做的实验，在关于两门新科学的对话中也有记载。伽利略还规定了动量的确切定义，他强调动量是动力学中的一个基本量，并以速度和重量的乘积来度量。就单摆的摆动而言，他认为“沿着一个弧降落时所得到的每一个动量等于能促进同一个运动体通过同样的弧上升所需的动量。”这实质上已涉及到机械能守恒定律。伽利略在天文学上也有不少贡献。根据光学原理，他

24、自制了一架天文望远镜（左图），利用这架天文望远镜观察，能使物体移近30多倍。1610年1月7日开始，他利用望远镜观察天空，获得了几项重大的发现：月球的表面也是凹凸不平的，有洼地、平原和山脉；太阳上有黑子，并根据黑子的移动推测太阳有自转；金星有位相变化，木星有4个卫星绕它旋转。这些都证明了哥白尼（N.Copernicus，14731543）的日心系是正确的。【牛顿和自然哲学的数学原理】牛顿（IsaacNewton,1643.1.41727.3.31）是英国科牛顿（IsaacNewton，1643.1.41727.3.31）是英国科学家。他积前人的科学理论之大成，在物理学、天文学、数学方面都作出了

25、卓越的成果，所建立的经典力学体系，囊括了这一时代的主要科学成就，统一说明了大约横跨40个数量级的质量的运动，在以后200多年间始终被奉为经典，至今还是物理学理论中最基本的、最有效的和最优美的部分。而他的思想影响，波及了18世纪几乎所有的科学学科，制约了以后两个世纪自然科学的发展。为了颂扬这位伟大的学者，当时英国著名的诗人波普（A.Pope，16881744）曾写道：Nature and Natureslawslayhidinnight，God said“let Newton be” and all was light。注这两句铭文后来被铸在铁板上，镶嵌在牛顿诞生的屋子的墙上。牛顿科学创造的顶峰

26、是自然哲学的数学原理（以下简称为原理，右图），该书于1687年发表。在原理中，牛顿概括了他的前人伽利略、开普勒（J.Kepler，15711630）、笛卡儿（R.Descartes，15901650）、惠更斯（C.Huygens，16291695）、胡克（R.Hooke，16351703）、哈雷（E.Halley，16561742）等的成果以及他自己的研究，站在巨人的肩上，首次创立了一个地面力学和天体力学统一的严密体系，成为注译文为自然和自然规律，都隐藏在黑暗的夜晚；上帝说：“让牛顿诞生”，于是一切变得光明。整个经典力学的基础，实现了物理学发展史上的第一次大综合。牛顿在原理一书中，提出了不少基

27、本概念，阐述了运动的基本定理或定律。在该书的第一编中，就提出了“定义和注释”，其中包括8个定义和4个注释。定义1物质是用它的密度和体积一起来量度的。由此可见，牛顿把质量定义为“物质的量”，并用密度和体积来量度，对密度是理解为物体的单位体积被原始物质填满的程度。定义2运动的量是用它的速度和质量一起来量度的。这里牛顿定义的“运动的量”就是动量，并认为“整个物体的运动是其各部分运动的总和”，指明了动量是一个相加量。定义3所谓vis insita，或物质固有的力，是每个物体按其一定的量而存在于其中的一种抵抗能力，在这种力的作用下物体保持其原来的静止状态或者在一直线上等速运动的状态。在解释这一定义时，牛

28、顿认为“这种力总是同具有这种力的物质的量成正比的。它和物质的惰性没有什么差异，只是说法上不同而已。一个物体，由于其物质的惰性，要改变它的静止或运动状态就极其不易。因此，这种固有的力可以用一个最确切的名称惯性或惰性力来称它。”这就引入了质量作为物质惯性量度的这一物理涵义。定义4外加力是一种为了改变一个物体的静止或等速直线运动状态而加于其上的作用力。在解释这一定义时，牛顿指出：“这种力只存在于作用的过程中，当作用过去以后，它就不再留在物体之中。因为物体只需要用它的惯性来维持它所得到的每一个新的状态。”这就不再留在物体之中。”这就表明了力是改变运动状态的原因。从定义5到定义8是关于向心力的论述：定义

29、5向心力是一种使物体被拉向或推向、或以任何方式趋向作为中心的一点的力。牛顿在解释这一定义后指出：“任何一个向心力的量可以看作有三种：绝对的、加速的和运动的。”定义6向心力的绝对量，正比于把它从中心传到周围空间中的那个根源的效力。定义7向心力的加速量，正比于其在一定时间内所产生的速度。定义8向心力的运动量，正比于其在一定时间内所产生的运动。在4个“注释”中，牛顿阐述了自己的绝对时空观和绝对运动、相对运动的观念。在“注释1”中，牛顿明确提出“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而在均匀地、与任何其他外界事物无关地流逝着，它又可以名曰延续性。”并且认为“相对的、表观的和通常的时间是延续性的一种可感觉的、外部的通过运动来进行的量度，我们通常就用诸如小时、日、月、年等这种量度以代替真正的时间。”在“注释2”中，牛顿对空间的观念下了定义，认为“绝对的空间，就其本性而言是与外界任何事物无关的而永远是相同的和不动的。”并认为“相对空间是绝对空间的可动部分或者量度”。因此牛顿得出“绝对空间和相对空间，在形状上和大小上都相同，但在数学上并不总是保持一样的。”在“注释4”中，牛顿对绝对运动