滑轮与辘轳

　　滑轮，古代人称它为“滑车”。应用一个定滑轮，可以改变力的方向；应用一组适当配合的滑轮，可以省力。至少从战国开始，滑轮在作战器械、井中提水等生产劳动中被广泛应用。传说公元前第4世纪，巧匠公输般为季康子葬母下棺，使用了滑轮。汉代画像砖和陶井模型都有滑轮装置。

　　山东武梁祠一汉代画像砖，描绘了人们从水中打捞铁鼎的画面(图2-3)：河岸两边各有三人前后拉着绳子，脚蹬河岸斜坡，弯腰使劲；绳子一端通过滑轮连结在铁鼎上；上下左右，众人围观。它描述的是秦始皇“泗水取鼎”(《史记·秦始皇本纪》)的故事。传说，大禹造了九个巨鼎，以便人们识别善恶。九鼎从夏传到商、周，成了最高统治者权力的象征。在周赧〔nan蝻〕王十九年(公元前296年)，秦昭王从周王室取走了九鼎，不幸途中一鼎竟然飞入泗水河。后来，秦始皇去东海觅神仙，路过此地，便命令千人入泗水河打捞宝鼎。可是，当宝鼎刚拉出水面，一条龙(在画面鼎上)冲出，咬断绳索，宝鼎又沉落河底。画面左边生动地刻划了绳子断裂一刹那，拉绳人朝天仰倒的情景。这幅画和这个故事表明那时候已普遍使用滑轮。

　　图2-3 汉代画像砖：泗水取鼎(摹绘)

　　图2-4 金墓壁画中的辘轳(摹绘)

　　滑轮的另一种形式是辘轳(图2-4)。将一根短圆木固定于井旁木架上，圆木上缠绕绳索。索的一端固定在圆木上，另一端悬吊木桶。转动圆木即可提水。只要绳子缠绕得当，绳索两端都可悬吊木桶。一桶提水上升，另一桶往下降落，这就可以使辘轳总是在作功。“史佚始作辘轳”(《物原》)，史佚是周代初年的史官，表明辘轳大概起源于商末周初。据曾公亮在《武经总要前集·水攻·济水府》中记载，周武王时有人以辘轳架索桥，穿越沟堑。唐代刘禹锡(公元772-842年)描写了他亲自所见的一种称为“机汲”(《刘梦得文集·机汲记》)的提水机械(图2-5)，它是将辘轳与架空索道联合并用，以便将山下流水一桶桶地提上山顶，既浇田地又省力。

　　图2-5 机汲

　　1.滑轮； 2.绳索； 3.供悬吊水桶的铁键。

　　山顶上隐约可见绞转绳索的辘轳。

　　现有史籍中最早讨论滑轮力学的还是《墨经》。书中将向上提举重物的力称为“挈”〔qie窃〕，将自由往下降落称为“收”，将整个滑轮机械称为“绳制”。《墨经·经下》写道，以“绳制”举重，“挈”的力与“收”的力方向相反，但同时作用在一个共同点上。提挈重物要用力，“收”不费力。若用“绳制”提举重物，人们就可省力而轻松。在“绳制”一边，绳较长、物较重，物体就越来越往下降；在其另一边，绳较短、物较轻，物体就越来越被提举向上。如果绳子垂直，绳两端的重物相等，“绳制”就平衡不动。如果这时“绳制”不平衡，那么所提举的物体一定是在斜面上，而不是自由悬吊在空中。(图2-6)对于墨家丰富的力学知识我们不能不钦佩！

　　图2-6 墨家讨论滑轮的力学问题