指南针知识

指南针知识
指南针知识

指南针知识
指南针是用以判别方位的一种简单仪器.又称指北针.指南针的前身是中国古代四大发明之一的司南.主要组成部分是一根装在轴上可以自由转动的磁针.磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向上.磁针的北极指向地理的北极,利用这一性能可以辨别方向.常用于航海、大地测量、旅行及军事等方面
中国是世界上公认发明指南针的国家.指南针的发明是我国汉族劳动人民在长期的实践中对物体磁性认识的结果.由于生产劳动,人们接触了磁铁矿,开始了对磁性质的了解.人们首先发现了磁石吸引铁的性质,后来又发现了磁石的指向性.经过多方面的实验和研究,终于发明了实用的指南针.最早的指南针是用天然磁体做成的,这说明中国汉族劳动人民很早就发现了天然磁铁及其吸铁性.据古书记载,远在春秋战国时期,由于正处在奴隶制社会向封建社会过渡的大变革时期,生产力有了很大的发展,特别是农业生产更是兴盛发达,因而促使了采矿业、冶炼业的发展.在长期的生产实践中,人们从铁矿石中认识了磁石. 最早的指南针是司南. 　　
公元前7世纪成书的《管子·地数》中就记载：“上有磁石者,下有铜金”.意思说,如果山上有磁石时,山里就藏有铁矿.地理名著《山海经》中,也曾记载“题灌山中多磁石”.《水经注》里记载了秦国阿房宫前面,用磁石制成大门,防避有人进宫谋刺暗杀,如坏人暗披盔甲、暗藏兵器入宫,就会被门吸住而被发现,这说明人民很早就发现了磁石的吸铁性,并加以利用了. 　
在长期的生产斗争中,我国汉族劳动人民进一步利用磁体的指极性,制成指示方向的机械,这就是指南针.这在《韩非子·有度篇》中和《鬼谷子》一书中都有记载.在《鬼谷子》中记载说,郑国人到深山密林中去采集玉石时,为了不迷失方向,带着“司南”.这“司南”就是指南针这种机械.东汉王充在《论衡》中描述过“司南”,它象只水勺,用天然磁石磨制面成,勺底为球面体,勺呈椭圆状,勺柄通体渐渐缩成柱状.为了确定方向,还配有一个“地盘”,它是铜质或涂漆木制盘,中央是平滑圆槽,形状可能是内圆外方,框上刻划出定向的刻度,用“干”、“支”（即甲、乙、丙、丁……和子、丑、寅、卯……）以及八卦等表明二十四方位.将会投于地盘中央时,它的柄部就会大体停止在指南的方位上.以上可知司南是现代指南针（磁罗盘）的体型.“指南”是张衡在《东京赋》中第一次提出来的,以后经过魏晋、南北朝、隋、唐,直到宋代经过一千多年才逐渐发展起来了.宋代杰出的科学家沈括在《梦溪笔谈》中,对指南针发展的当时状况作了详尽的论述.当时在生产和科学实验发展的推动下,特别是航海事业和外贸的兴起扩大下,指南针逐步发展起来.沈括总结了劳动人民在实践在创造的四种指南针的装置方法.第一种是水浮法,将磁针浮于水面进行指南,虽然比较平稳,但容易动荡不定；第二种是指甲旋定法,将磁针置于指甲上,转动灵活,也容易滑落；第三种是碗唇旋定法,将磁针置于碗口边上,转动较灵活,但易滑落；第四种是缕旋法,用蚕丝将磁针悬挂起来,可达到转动灵活而又稳定.他还记载了人工授磁方法即“以磁石磨针锋,则能指南”.这种用人工制成磁体,是一个巨大的进步.此外,还曾制出过“指南鱼”、“旱针”、“水针”.旱针、水针这两种指南针,成为近代指南针（罗盘针）的基本结构原理奠定了基础.沈括在研究指南针的过程中,还总结和发现了地磁有偏角存在.也就是说,指南针指示的方向,“常微偏东,不全南也”.这是我国对地磁学做出的伟大贡献.
指示方向原理
地球是个大磁体,其地磁南极在地理北极附近,地磁北极在地理南极附近. 　　
指南针在地球的磁场中受磁场力的作用,所以会一端指南一端指北. 　　
辗转传入欧洲后在航海大发现中发挥出不可替代的作用.但科学史家清楚,最早解答“指南针为何能够指南”问题的并不是中国人,而是英国科学家吉尔伯特.那么,中国发明指南针后对指南针理论作过什么样的探讨?吉尔伯特的理论是否及时传到了中国?明末清初的“西学东渐”,又对我国指南针理论的发展有过哪些影响?上海交通大学科学史与科学哲学系教授关增建从2003年起开始着手研究这些基本上还是空白的问题. 　　
“中国最早的指南针理论,是建立在阴阳五行学说基础上的‘感应说’.”关增建介绍,11世纪中叶时我国大科学家沈括还对指南针感到匪夷所思,他的《梦溪笔谈》介绍了指南针的人工磁化方法、磁偏角的发现和指南针的架设方法,但对指南针为什么会指南却没有一点概念——“磁石之指南……莫可原其理!”随后,文人学者们从阴阳五行学说出发,结合当时人们对大地形状的认识,提出各种指南针理论.例如,最晚成书于宋代的《管氏地理指蒙》,首先提出如下逻辑： “磁针是铁打磨成的,铁属金,按五行生克说,金生水,而北方属水,因此北方之水是金之子.铁产生于磁石,磁石是受阳气的孕育而产生的,阳气属火,位于南方,因此南方相当于磁针之母.这样,磁针既要眷顾母亲,又要留恋子女,自然就要指向南北方向.” 　　
关增建表示,从近代物理学的观点来看,“蒙氏理论”完全异想天开,但从事物的属性出发解释其行为,在东西方科学史上都是常用的做法.我国古代阴阳学说昌盛,用阴阳学说阐释指南针指南及“常微偏东”的原理,是再自然不过的事情.特别是,该理论认为磁石不同端面有不同属性,它们决定磁针的指向,这种说法很容易启发人们发现磁石的两极,并进一步联想到磁极与磁针指向之间的关系,从而为正确认识这一问题找到可能的途径. 　
　南宋人的指南针原理,仍认为“指南针之所指,即阳气之所在”,只是围绕磁偏角现象,立论依据更多转向地理方位的坐标系统——中国古人认为地是平的、大小有限,这样地表面必然有个中心,过该中心的那条子午线就是唯一的南北方向.南宋人曾三异等认为,一旦测量地点不在这条南北线上,指南针所指向自然“少偏”.到明代,有人假托南唐人著作指出,指南正针由大地方位系统决定,而偏角则由天体方位划分系统所决定.关增建认为,这种说法“体现了传统指南针理论在阴阳感应学说和磁偏角的存在这一矛盾面前所表现出来的窘迫”. 　　
明万历年间（公元1573～1620年）,传教士来华,带来西方的指南针理论、地球学说以及相关科技知识.受其影响,中国学者开始从新的视角探讨指南针理论问题,在此过程中,阴阳五行的作用不断淡化,力学角度的分析不断增加,但吉尔伯特1600年提出的科学理论连西方学界都没统一,更谈不上入主东土.传教士中,1658年抵华的比利时耶稣会士南怀仁的指南针理论最系统,但他认为决定磁针指向的是地球的地理南北两极本身,理论仍然局限在古代科学的范围,而不像吉尔伯特认识到地球本身存在一个磁体.南怀仁理论在中国影响深远,直到19世纪中叶,我国仍有学者用它解释指南针问题.而此时,清末来华的传教士已开始着手把西方近代磁学知识介绍给中国了.