科学家观察发明的故事

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5月24日 19:28 四大发明——指南针
指南针是中国史上的伟大发明之一,也是中国对世界文明发展的一项重大页献.指南针是利用磁铁在地球磁场中的南北指极性而制成的一种指向仪器.左图是恋挂型指车针复原模型.磁石的这种特性,被古人利用来制成指南工具.最早出现的指南工叫司南,戢国时已普遍使用.它是利用天然磁石琢磨而成,样子像一只勺,重心位于底部正中,底盘光滑,四周刻二十四向,使用时把长勺放在底盘上,用手轻拨,使它转动,停下后长柄就指向南方. 东汉王充(论衡?是应篇)记载了它的形状和用法.(鬼谷子?谋篇)里还谈到郑国人到远处去采玉,就带了司南,以免迷失方向.另外,指南车的发明亦谁一步把这种仪器提升至更高的境界.右图为指南车模型,下图分别为指南鱼想象图及司南模型.
但是,用天然磁石琢磨而成的司南,成品较低,磁性较弱.到了宋代,人们发明了人工磁化方法,制造了指南鱼和指南针,而指南针更为简便,更具实用价值.它是以天然磁石摩擦钢针制成,在地磁作用下保持指南性能;以后把它装置在方位盘上,就称为罗盘.这是指南针发展史上的一大飞跃.
抌括对指南针放置方法也作过详细研究,总结出四种不同的方法,并作了比较:一,水浮法.把指南针浮在水面以指示方向,至于具体方法,沉括没有说明.到北宋晚期,药物学家寇宗奭的(本草衍义?磁石条)才有介绍,原来是在指南针上穿上灯心草,就可以把针浮起.水浮法的缺点是磁针会随水摇荡不定.二,指甲旋定法.把磁针放在指甲上,可以灵活运转,但缺点是容易滑落.三,碗唇旋定法.把磁针放在碗口边绿上,也可以旋转自如,但同样易掉落.四,悬丝法.取一根新棉丝,用一点蜡黏在磁针中央,悬挂在没有风的地方磁针即可指示方向.比较之下,沉括认为这个方法最为理想.右图为沉括指南针的四种试验复原设计.
指南针在公元十一世纪时已是常用的定向仪器.指南针的最大页献,是大大地促进了航海事业的发展.据考证,公元十一世纪末,指南针就开始用于航海了.大约在十二世纪末到十三世纪初,指南针由海路传入阿拉伯,然后由阿拉伯传入欧洲.
四大发明——造纸术
造纸是一项重要的化学工艺,纸的发明是中国在人类文化的传播和发展上,所做出的一项十分宝贵的贡献,是中国化学史上的一项重大的成就.
在纸还未发明之前,甲骨、竹简和绢帛是古代用来供书写、记载的材料.但由于西汉的经济、文化迅速发展,甲骨和竹简不能满足发展的需求,从而促使了书写工具的改进.
当时人们已开始应用小块的丝绵制成的纸,因为考古学家于1933年在新强罗布淖尔发现了一张古纸,它是”麻物、白色,作方块薄片,四周不完整,长约40厘米,宽约100厘米,质甚粗糙,不匀净,纸 面尚有麻筋,盖初做纸时所做,故不精细也〃由于古汉时的纸张是由麻缕和丝绵,加上制法粗糙,所以纸张的质量不太好.而麻缕和丝绵都有其本身的作用,如要把它们用作造纸的原料,就必然会受到很大的限制,而难以得到迅速的发展,来满足文化生活上对纸张的要求.
在新的客观形势要求下,蔡伦的出现便为造纸术带来新突破,在《东汉观记》卷二上记载：”蔡伦·有才学,尽忠重慎,每次休沐,闭门以绝宾客,曝体田野.典作尚方,造意用树皮及敝布、鱼网作纸.元兴元年奏上,帝善其能,自是莫不用,天下咸称蔡侯纸〃.从以上看来,蔡伦是用树皮、破布、鱼网造纸的.
虽然在蔡伦之前也有纸的存在,但是原料左身就有很大的局限,而蔡伦对新原料的发现,解决了这个问题.因为破布、破鱼网早已结束了它们本身的任务,成了废物而又用作做原料,对造纸工业起了极大的推动作用.
新原料的使用必然提出新技术的要求,但是由于典籍流失,实际的操作如何,已缺乏记载,无从考知,但大概是先张布或网撕破或剪断,然后放在水里浸渍相当长的时间并且需要加以舂捣,才能做成纸浆.用树皮做纸张,困难更大一些．除初步切短和后部舂捣外,中间还需要烹煮和加入石灰浆之类的促烂剂.下图是中国古代造纸工程之(抵压帘覆)及(干焙火烘).
四大发明——火药
火药是中国四大发明之一.火药,顾名思义就是(着火的药).它的起源与炼丹术有着密切的关系,是古代炼丹士在炼丹时无意中配制出来.左图为元代铜火铳.
它是硫黄,硝石,炭的混合物,而前两项在汉代成书的中国第一部药物学典籍(神农本草经)里都被列为重要的药材.就是火药本身也被归入药类,明代李时珍的(本草纲目)中说,火药能治疮癣,杀虫,辟湿气和瘟疫.火药的发明是人们长期炼丹,制药实践结果,至今已有一千多年历史.
唐朝末年,火药已被用于军事.唐昭宗天佑元年(904年)杨行密的军队围攻豫章,部将郑璠(以所部发机飞火,烧龙沙门,带领壮士突火先登入城,焦灼被体).这里所说的(飞火),就是(火炮),(火箭)之类.(火炮)是把火药制成环状,把吊线点燃后用抛石机抛掷出去;(火箭)则是把火药球缚于箭镞之下,将吊线点燃后用弓射出.到了宋代,戢争接连不断,促进火药武器的加速发展.北未政府建立了火药作坊,先后制造了火药箭,火炮等以燃烧性能为主的武器和(霹雳炮),(震天雷)等爆炸性较强的武器.南未在1259年造出了以巨竹为筒,内装火药的(突火枪).到了元代又出现铜铸火统,称为(铜将军).这些都是以火药的爆炸为推动力的武器,在戢争中颢示了前所未有威力.右图为南未突火枪.
在12,13世纪,火药首先传入阿拉伯国家,然后传到希腊和欧洲乃至世界各地.对人类社会的文明进步,对经济和科学文化的发展,起了推动作用.美法各国直到十四世纪中叶,才有应用火药和火器的记载.左图为北未火药箭.
四大发明—印刷术
印章、拓印、印染与雕版印刷
印章在先秦时就有,一般只有几个字,表示姓名,官职或机构.印文均刻成反体,有阴文、阳文之别.在纸没有出现之前,公文或书信都写在简牍上,写好之后,用绳扎好,在结扎处放粘性泥封结,将印章盖在泥上,称为泥封,泥封就是在泥上印刷,这是当时保密的一种手段.纸张出现之后,泥封演变为纸封,在几张公文纸的接缝处或公文纸袋的封口处盖印.据记载在北齐时（公元550~577年）有人把用于公文纸盖印的印章作得很大,很像一块小小的雕刻版了.
战国（公元前475-前221年）时期的铜印.
晋代著名炼丹家葛洪（公元284~363年）在他著的《抱朴子》中提到道家那时已用了四寸见方（13.5×13.5）有120个字的大木印了.这已经是一块小型的雕版了.
佛教徒为了使佛经更加生动,常把佛像印在佛经的卷首,这种手工木印比手绘省事得多.
碑石拓印技术对雕版印刷技术的发明很有启发作用.刻石的发明,历史很早.初唐在今陕西凤翔发现了十个石鼓,它是公元前8世纪春秋时秦国的石刻.秦始皇出巡,在重要的地方刻石7次.东汉以后,石碑盛行.汉灵帝四年（公元175年）蔡邕建议朝廷,在太学门前树立《诗经》、《尚书》、《周易》、《礼记》、《春秋》、《公羊传》、《论语》等七部儒家经典的石碑,共20.9万字,分刻于46块石碑上每碑高175、宽90、厚20厘米,容字5000,碑的正反面皆刻字.历时8年,全部刻成.成为当时读书人的经典.很多人争相抄写.后来特别是魏晋六朝时,有人趁看管不严或无人看管时,用纸将经文拓印下来,自用或出售.结果使其广为流传.
古人发现在石碑上盖一张微微湿润的纸,用软槌轻打,使纸陷入碑面文字凹下处,待纸干后再用布包上棉花,蘸上墨汁,在纸上轻轻拍打,纸面上就会留下黑地白字跟石碑一模一样的字迹.这样的方法比手抄简便、可靠.于是拓印就出现了.
拓片是印刷技术产生的重要条件之一.
印染技术对雕版印刷也有很大的启示作用,印染是在木板上刻出花纹图案,用染料印在布上.中国的印花板有凸纹板和镂空板两种.1972年湖南长沙马王堆一号汉墓（公元前165年左右）出土的两件印花纱就是用凸纹板印的.这种技术可能早于秦汉,而上溯至战国.纸发明后,这种技术就可能用于印刷方面,只要把布改成纸,把染料改成墨,印出来的东西,就成为雕版印刷品了.在敦煌石室中就有唐代凸板和镂空板纸印的佛像.
印章、拓印、印染技术三者相互启发,相互融合,再加上我国人民的经验和智慧,雕版印刷技术就应运而生了.
回答者：小松搏客 - 高级经理 七级 9-24 17:01