耧车

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古代机械（一）

我国是世界上发明和利用机械最早的国家之一，有些发明居世界前列。在机械原理、结构设

计和动力应用等方面都取得较高成就。春秋时期（公元前770----前476年）就发明了蕴涵杠杆原

理的桔槔；自东汉始，形状用途各异的齿轮广泛应用在水转连磨、指南车、记里鼓车等机械上；

在原动力方面，逐步从人力、畜力向利用水力、风力的方向发展，机械传动方式亦逐步扩大。在

历史上，我国的先民对机械的不断发明、创造、革新，大大推动了生产力的发展和社会的进程。

科学技术的发展和人类社会的其他事物一样，是有着一定的历史继承性的。今天的科学技术，正

是由过去的科学技术发展而来的。研究和了解中国科学技术发展的历史，探讨它的发展规律，将

可以起到借鉴历史、温故知新的作用。

简单机械

公元前8000～前2800年期间出现了陶轮（制陶用转台），农具大约出现在公元前6000～前

5000年，除石斧、石刀外，还有石锄、石铲、石镰、蚌镰、骨镰和骨耜。石斧和石刀上已有用

硬质砂子磨削而成的孔。

中国在大约40～50万年前，就已出现加工粗糙的刮削器、砍砸器和三棱形尖状器等原始工

具。4～5万年前出现磨制技术，许多石器都已比较光滑，刃部也较锋利，并有单刃、双刃、凸

刃、凹刃和圆刃之分。

杠杆、滑轮，物理学上称作简单机械。杠杆的使用或许可以追溯到原始人时期。当原始人拾

起一根棍棒和野兽搏斗或用它撬动一块巨石，他们实际上就是在使用杠杆。石器时代人们所用得

石刃、石斧，都用天然绳索把它们和木柄捆绑在一起，或者在石器上凿孔，装上木柄。这表明他

们在实践中懂得了杠杆得经验法则：延长力臂可以增大力量。

1．杠杆在中国的典型发展——秤（天平）

杠杆在中国的典型发展是秤的发明和它的广泛应用。在一根杠杆上安装吊绳作为支点，一端

挂上重物，另一端挂上砝码或秤锤，就可以称量物体的重量。古代人称它“权衡”或“衡器”。

“权”就是砝码或秤锤，“衡”是指秤杆。迄今为止，考古发掘的最早的秤是在长沙附近左家公

山上战国时期楚墓中的天平。它是公元前四到三世纪的制品，是个等臂秤。不等臂秤可能早在春

秋时期就已经使用了。古代中国人还发明了有两个支点的秤，俗称铢秤。使用这种秤，变动支点

而不需要换秤杆就可以称量比较重的物体。这是中国人在衡器上的重大发明之一，也表明中国人

在实践中完全掌握了阿基米德杠杆原理

2．桔槔

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桔槔是在一根竖立的架子上加上一根细长的杠杆，当中是支点，末端悬挂一个重物，前段悬

挂水桶。当人把水桶放入水中打满水以后，由于杠杆末端的重力作用，便能轻易把水提拉至所需

处。桔槔早在春秋时期就已相当普遍，而且延续了几千年，是中国农村历代通用的旧式提水器具。

3．辘轳

辘轳也是从杠杆演变来的汲水工具。据《物原》记载：“史佚始作辘轳”。史佚是周代初期

的史官。早在公元前一千一百多年前中国已经发明了辘轳。到春秋时期，辘轳就已经流行。辘轳

的制造和应用，在古代是和农业的发展紧密结合的，它广泛地应用在农业灌溉上。辘轳的应用在

我国时间较长，虽经改进，但大体保持了原形，说明在3000年前我们的祖先就设计了结构很合

理的辘轳。解放前在我国的北方缺水地区，仍在使用辘轳提水灌溉小片土地。现在一些地下水很

深的山区，也还在使用辘轳从深井中提水，以供人们饮用。在其它工业方面，有使用牛力带动辘

轳，再装上其它工具美丛渚蚣陈钡摹?/P>

古代农业机械

1．古代播种机械—耒耜

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我国很早就发明了耒耜，用耒耜来翻整土地，播种庄稼，进行农业生产。后来，随着农业生

产的发展，人们又将耒耜发展成犁。“工欲善其事，必先利其器”，对于农业生产工具的重视，

也反映了我国古代农学水平的提高，中国第一部农具专著陆龟蒙的《耒耜经》虽然篇幅很短，但

却详细记载了当时江东地区所普遍采用的一种水田耕作农具“曲辕犁”。曲辕犁改直辕为曲辕，

犁架变小，轻便灵活，起土省力，效率高，从而改变了二牛抬杠的牵引方法。后来由于牛耕的出

现和冶铁业的兴起，战国时期便出现了铁制的耕犁，河北易县燕下都遗址和河南辉县都出土过战

国时期的铁犁铧。铁犁铧的发明是一个了不起的成就，它标志着人类社会发展的新时期，也标志

着人类改造自然的斗争进入一个新的阶段。汉代的农具铁犁已有犁壁，能起翻土和碎土的作用。

2．耧车

中国是世界上机械发展最早的国家之一。中国古代在机械方面有许多发明创造，在动力的利

用和机械结构的设计上都有自己的特色。中国劳动人民很早以前己经懂得用牛、马来拉车了，到

2500多年以前，牲畜力己被利用到农业生产方面，当时人们除了利用牲畜驮拉运输外，并利用

牲畜来帮助耕田和播种。

在战国时期就有了播种机械。我国古代的耧车，就是现代播种机的始祖，因播种幅宽不一，

行数不同，汉武帝的时候，赵过在一脚耧和二脚耧的基础山，创造发明了能同时播种三行的三脚

耧。一人在前面牵牛拉着耧车，一人在后面手扶耧车播种，一天就能播种一顷地，大大提高了播

种效率。汉武帝曾经下令在全国范围里推广这种先进的播种机，还改进了其他耕耘工具，加以提

倡代田法，对当时农业生产发展起了推动作用。

古代先进的灌溉机械

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1．马钧创制了新式提水机具——翻车

翻车，是一种刮板式连续提水机械，又名龙骨水车，是我国古代最著名的农业灌溉机械之一。

《后汉书》记有毕岚作翻车，三国马钧加以完善。翻车可用手摇、脚踏、牛转、水转或风转驱动。

龙骨叶板用作链条，卧于矩形长槽中，车身斜置河边或池塘边。下链轮和车身一部分没入水中。

驱动链轮，叶板就沿槽刮水上升，到长槽上端将水送出。如此连续循环，把水输送到需要之处，

可连续取水，功效大大提高，操作搬运方便，还可及时转移取水点。我国古代链传动的最早应用

就是在翻车上，是农业灌溉机械的一项重大改进。

2．筒车

水力机械也有新的进展，唐代已有筒车，从人力提水发展为水力提水。筒车是由竹或木制成

的轮形提水机械。竹筒或木筒在水中注满水，随轮转到上部时，水自动泻入盛水槽，输入田里。

水转筒车的水筒与水轮联成一体，既是接受水力的驱动构件，又是提水倒水的工作构件，其机构

简明紧凑，设计构思巧妙。

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来源：中国科普博览

古代机械（二）

古代先进的粮食加工机械

谷物收获脱粒以后，要加工成米或面才能食用。我国古代在粮食加工方面发明了不少机械，

如磨、碾、碓、扇车、罗等，后来又发明了用水利作动力的水碓和水磨，这些机械效率高，应用

广，也是农业机械方面的重要发明。

1．扇车

公元前一世纪，西汉时我国已有扬去谷物中的秕糠用的风车（扇车）。欧洲约一千四百年后

才有类似的风车。扇车主要用于清除谷物颗粒中的糠秕，由车架、外壳、风扇、喂料斗及调节

门等构成，工作时手摇风扇，开启调节门，让谷物缓缓落下，谷壳及轻杂物被风力吹出机外。

2．水碓

西汉末年出现了水碓，它是利用水力舂米的机械。水碓的动力机械是一个大的立式水轮，轮

上装有若干板叶，转轴上装有一些彼此错开的拨板，拨板是用来拨动碓杆的。每个碓用柱子架起

一根木杆，杆的一端装一块圆锥形石头。下面的石臼里放上准备加工的稻谷。流水冲击水轮使它

转动，轴上的拨板臼拨动碓杆的梢，使碓头一起一落地进行舂米。利用水碓，可以日夜加工粮食。

凡在溪流江河的岸边都可以设置水碓，还可根据水势大小设置多个水碓，设置两个以上的叫做连

机碓，最常用是设置四个碓。

3．石磨

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鲁班是中国古代一位优秀的创造发明家。他生活在春秋末期，叫公输班，因为他是鲁国人，

所以又叫鲁班。据说他发明了木工用的锯子、刨子、曲尺等。他还用他的智慧，解决了人们生活

中的不少问题。在鲁班生活的时代，人们要吃米粉、麦粉，都是把米麦放在石臼里，用粗石棍来

捣。用这种方法很费力，捣出来的粉有粗有细，而且一次捣得很少。鲁班想找一种用力少收效大

的方法。就用两块有一定厚度的扁圆柱形的石头制成磨扇。下扇中间装有一个短的立轴，用铁制

成，上扇中间有一个相应的空套，两扇相合以后，下扇固定，上扇可以绕轴转动。两扇相对的一

面，留有一个空膛，叫磨膛，膛的外周制成一起一伏的磨齿。上扇有磨眼，磨面的时候，谷物通

过磨眼流入磨膛，均匀地分布在四周，被磨成粉末，从夹缝中流到磨盘上，过罗筛去麸皮等就得

到面粉。许多农村现在还在用石磨磨面。

磨

最初叫硙（wei），汉代才叫做磨。磨有用人力的、畜力的和水力的。用水力作为动力的磨，

大约在晋代就发明了。水磨的动力部分是一个卧式水轮，在轮的立轴上安装磨的上扇，流水冲动

水轮带动磨转动，这种磨适合于安装在水的冲动力比较大的地方。假如水的冲动力比较小，但是

水量比较大，可以安装另外一种形式的水磨：动力机械是一个立轮，在轮轴上安装一个齿轮，和

磨轴下部平装的一个齿轮相衔接。水轮的转动是通过齿轮使磨转动的。这两种形式的水磨，构造

比较简单，应用很广。

交通运输机械

1．古代的独轮车

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独轮车的创始者据说就是三国时的蜀相诸葛亮，它的前身就是木牛流马。这种独轮车，在北

方汉族与排子大车相比身形较小，俗称“小车”，在西南汉族，用它行驶时“叽咯叽咯”响个不

停，俗称“鸡公车”。江南汉族因它前头尖，后头两个推把如同羊角，俗称“羊角车”。古时候，

女子结婚后回娘家时，用的就是这种独轮车，回娘家时，丈夫推着车子，妻子坐在上面，就这样

两人双双回到娘家。独轮车在当时是一种既经济而用得最广的交通工具，这在交通运输史上是一

项十分重要的发明。

在运输工具方面，人力和水力并用，在技术上有进一步发展。南朝祖冲之所造日行百里的所

谓千里船和南朝粱侯景军中的160桨快艇，都是人力推进的快速舰艇，南北朝时期出现了车船。

唐代的李皋对车船的改进起了承前启后的作用。上古时代的运输，全靠手提、头顶、肩扛、背负、

橇引完成。后来，又以马、牛来驮运，随着农业、畜牧业和手工业生产的发展，产品不断增多，

交换也开始发生，产生了对运输工具的要求，逐步创造出滚木、轮和轴，最后出现了车这种陆地

运输工具。原始的车轮没有轮辐，这种车轮在汉、唐时代著作中称之为“辁”。《左传》记载，

曾做过夏王朝“车正”（车辆总管）的奚仲最善于造车。夏代前后，出现了无辐条的辁和各种有

辐条的车轮；汉代陆贾的《新语》中还说奚仲“挠曲为轮，因直为辕”，创造了有辐的车轮。由

辁发展到轮，使车辆的行走部件发生了一次大变革，为殷代造车奠定了基础。殷商和西周时已有

相当精致的两轮车。陆上交通运输工具不断发展。1980年出土的秦始皇陵铜车马代表了当时铸

造技术、金属加工和组装工艺的水平。如东汉以后出现的指南车记和里鼓车。

2．记里鼓车

记里鼓车是配有减速齿轮系的古代车辆，因车上木人击鼓以示行进里数而得名，一般作为帝

王出行仪仗车辆，至迟在汉代已问世。其工作原理是利用车轮在地面的转动带动齿轮转动，变换

为凸轮杠杆作用使木人抬手击鼓。每行走一里击鼓一次。从它的内部构造来说，所应用的减速齿

轮系统已相当复杂，可以说是现代车辆上计程仪的先驱。

3．指南车

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相传早在5000多年前，黄帝时代就已经发明了指南车，当时黄帝曾凭着它在大雾弥漫的战

场上指示方向，战胜了蚩尤。西周初期，当时南方的越棠氏人因回国迷路，周公就用指南车护送

越棠氏使臣回国。三国马钧所造的指南车除用齿轮传动外，还有自动离合装置，是利用齿轮传

动系统和离合装置来指示方向。在特定条件下，车子转向时木人手臂仍指南。在技术上又胜记里

鼓车一筹。指南车是古代一种指示方向的车辆，也是古代帝王出门时，作为仪仗的车辆之一，以

显示皇权的威武与豪华。

指南车起源很早，历代曾几度重制，但均未留下资料。直至宋代才有完整的资料。

来源：中国科普博览

古代机械（三）

地震仪器

公元132年张衡创制了世界上第一台地震仪，即候风地动仪。

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我国记录地震还是很早。出土的晋代《竹书纪年》记载有帝舜时期“地坼及泉”、夏桀末年

“社坼裂”的现象，可能是关于地震最早的记载了。据史书《五行志》记载，公元92年以后，

几乎连年发生地震，地震地区大至数十郡，地裂地陷，江河泛滥，房屋倒塌。张衡鉴于地震的频

繁，创造了候风地动仪，以测定地震的方位。

候风有候气的意思，古人以为地震是由地气所吊起的，因而以此为名。地动仪由精铜铸成，

外形像一个大酒壶，中间的圆径八尺，顶上有突出的子，仪器的外表刻有篆文以及山、龟、鸟、

兽等图形。仪器内部中央立着一根铜质都柱（上粗下细的棍关）。仪体外部周围铸着八条龙，头

向下，尾朝上，按东，南，西，北，东南，东北，西南，西北八个方向布列。龙头和内部信道中

的发动机关相连，每个龙头嘴里衔有一粒小铜珠。地上对准龙嘴处，蹲着八个铜蟾蜍，昂着头，

张着嘴。当某处发生地震，都柱便倒向那一方，触动牙机，使发生地震方向的龙头张开嘴巴，吐

出铜珠，落到铜蟾蜍嘴里，发出“当啷”声响，人们就知道哪个方向发生地震。仪器制成不久便

测出顺帝永和三年二月初三在陇西发生的地震，可见仪器灵敏度相当高。那次地震，朝野上下，

颇为震动。但由于当时朝堂上谶讳迷信劫力很盛，张衡的这一重要发明没有得到应有的重视，候

风地动仪也没有被保存下来。近代的地震仪在公元1880年才制成，它的原理和张衡地动仪基本

相似。

万象支架

现代的飞机、导弹和轮船不论怎样急速在空中或海上运动，都能辨认方向，这是由于安装了

陀螺仪的缘故。西汉末（公元1世纪）巧工丁缓的“被中香炉”是世界上已知最早的常平支架，

其构造精巧，无论球体香炉如何滚动，其中心位置的半球形炉体都能始终保持水平状态。镂空球

内有两个环互相垂直而可灵活转动，炉体可绕三个互相垂直的轴线转动。其原理与现代陀螺仪中

的万向支架相同。

弩弓

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大约在3万年以前，我国就发明了弓箭，这是机械方面最早的一项发明；说明人类开始使用

复合工具，弓是利用人在拉弦过程中积累起来的力量，以瞬间爆发的形式将箭弹射出去，这说明

人类已经具备了机械储存力量的知识。正如恩格斯所说：“弓箭对于蒙昧时代，正如铁剑对于野

蛮时代和火器对于文明时代一样，乃是决定性的武器。”弓和箭是使用时间最长的古老兵器，弓

箭可以远射，原始人有了弓箭，就比较容易获得猎物，也可以制服那些凶猛的野兽了。后来，部

落之间发生战争，弓箭就成了重要的兵器。最早的弓是用单片的木头或者竹子做的弓背，用动物

的筋制成弓弦；箭是一头削尖了的木棍或竹竿。

春秋时期出现弩，控制射击的弩机已是比较灵巧的机械装置。弩弓的发射原理是相同的，比

弓箭射得远，杀伤力强，并克服了拉弓时体力受限制而不能持久得弱点。到汉代，弩机的加工精

度和表面光洁度已达到相当高的水平。汉弩有一石至十石等八种规格，这些规格的形成表明机械

制造标准在汉代已初步确立。弩机上留下了作工、锻工、磨工等的名字。宋应星（1587～1644（？））

的《天工开物》在卷十五《佳兵篇》中记述了测试弓弦弹力大小的方法：“凡试弓力，以足踏弦

就地，秤钩搭挂弓腰，弦满之时，推移秤锤所压，则知多少”，方法十分巧妙。该书在我国失传

300年，于1926年才由日本找回翻印本。

冶铁水排

水排是我国古代一种冶铁用的水利鼓风装置。人类早期的鼓风器大都是皮囊。一座炉子用好

几个囊，放在一起，排成一排，就叫“排囊”用水力推动这些排囊，就叫“水排”。水排发明于

东汉早期，是南阳太守杜诗（？－38）在总结劳动人民实践经验基础上发明的。因为它“用力少，

见功多”所以大家乐于使用。三国时期的韩暨把它推广到了魏国官营冶炼作坊中，用水排代替过

去的马排、人排，四季不歇。水排不但节省了人力、畜力，而且鼓风能力比较强，因此促进了冶

铁业的发展。水排在我国沿用了很长一个时期，直到本世纪七十年代，一些地方还在使用。

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汉代的水排由同一时期的水碓和翻车结构推测，也是一种轮轴拉杆传动装置、我国古代水排

构造的详细技术最早见于元代的《王祯农书》，依水轮放置方式的差别，分为立轮式和卧轮式两

种。都是通过轮轴、拉杆及绳索把圆周运动变成直线往复运动的，以此达到起闭风扇和鼓风的目

的。因为水轮转动一次，风扇可以起闭多次，所以鼓风效能大大提高。

木风箱

鼓风器最早是皮囊，后来是风扇，再后来是风箱。风扇大约发明于公元十世纪以前。活塞式

风箱最早见于明代，是一种古老的活塞式鼓风器，记载史见于明代宋应星著的《天工开物》，沿

用至今。风箱两端各设一个进风口，口上设有活瓣，箱侧设有一风道，风道侧端各设一个出风口，

口上亦置有活瓣。通过伸出风箱外的拉杆，驱动活塞往复运动，促使活瓣一起一闭，以达到鼓风

的目的。木风箱的动力有人力和水利等。风箱靠活塞推动和空气压力自动启闭活门，成为金属冶

铸的有效的鼓风设备。

走马灯

中国很早就利用热力作为动力，现在中国民间很流行的走马灯，就是在八百多年前发明的。

走马灯虽然是一种玩具式的灯，但它的原理和近代的燃气轮机是一样的，而燃气轮机是近十几年

才研制成功，在欧洲，1550年有过一种雏型燃气轮机的记载，但也比中国发明走马灯要迟四百

多年。

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巢车

古代的装甲侦察车，用于窥伺城中动静，带有可以升降的牛皮车厢，这是利用滑轮和辘轳联

合运作制成的可升降的活动瞭望台。

尖底瓶

关于物体的重心及其应用，我国约在六千年前新石器时代就已经有所认识。西安半坡遗址出

土的盛水陶罐，其结构为红陶质地，器形为小直口，细颈，长圆腹，尖底，肩部或腹部有对称的

双系，用以穿绳。器表有多绳纹。烧结程度较好，质地坚实。汲水时由于重力作用，瓶口会自然

向下，待水将满时，瓶身自动倒转，口部向上。这是仰韶文化半坡类型最具代表性的器物之一。

仰韶文化庙底沟类型及马家窑文化遗存中发现的尖底瓶略有不同。庙底沟类型的尖底瓶为双唇，

小口，器身瘦长，肩腹部无系。马家窑文化的尖低瓶为侈口，直颈，折肩，腹有双系以细泥橙黄

陶制成，器表涂浅红色陶衣，以黑彩绘旋纹，纹饰充满动感，制作精细。西周时，这种提水壶经

过改进，变成了宫廷的玩物――欹器。它也是一种利用重心来调节平衡的器物，空的时候倾斜，

装水不多不少时直立，水装多了就翻倒。正可谓"虚则欹、中则正，满则覆"。

来源：中国科普博览

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