书城自然科学科技发明的历史长河
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第14章 计里鼓车

现代都市人生活中都熟悉一个画面,出租车依靠行驶的里程计向乘客收取服务费,所以出租车又叫做计程车。

计程车并非现代人的发明,我国古代的计里鼓车便是古代的计程车。

根据文献记载复制的一辆计里鼓车,每当车行1里时,木头人便敲一下鼓,车行10里时另一个木头人便敲一下鼓。专人记录敲鼓的声音次数,就可以知道最终行驶的里程。巧妙的是这种计程方式无论白天还是黑夜都可以使用,这体现了我国古代劳动人民的智慧。

无论是计里鼓车还是计程车,道理都是一样的,也很简单。因为车轮每转一圈走出的路程,就是车轮的周长,这是一个恒定不变的数。那么反过来想,车子每走出1里路,车轮转的圈数也就是一个恒定不变的数,所以只要将车轮转动的圈数累计下来,除以车轮走1里路转的圈数,就可以得到行驶的里程了。这在现代科学中是一件简单的事情,在古代却是不容易做到的。聪明的古人用巧妙的机械机构实现了对行驶里程的测量,使得车轮每走出1里路,车上的木偶就敲一下鼓。

这套巧妙装置的核心便是齿轮减速系统,这部车子在一侧车轮上装有一个立轮,上面有齿和车厢里的齿轮啮合。车子里面有不同大小的齿轮。根据各个齿轮的齿数可以知道,当立轮转几圈时,齿轮1和齿轮2才跟着转一圈。齿轮2的齿数远比齿轮3少,所以它们啮合时,齿轮2转很多圈,齿轮3才转一圈,这就达到了减速的作用。同样道理,齿轮3的运动经过齿轮4再传到齿轮5就进一步减速了。古人精确计算了齿轮的直径、齿数、齿距,使得整个车子行走1里时,中间的平轮只转1圈,平轮上的短钉拨动拨子就带动了木头人击鼓。继续行走,到10里时,上平轮正好转动1圈,则上平轮上的短钉拨动拨子使另一木头人击鼓。

现代汽车的里程表克服了计里鼓车不能累计里程的缺点,用滚轮计数器将累计出的里程显示在小窗口。当然,技术是日新月异的,随着利用脉冲发生器的电子式里程表的推广,机械电磁式的里程表正在被逐步取代。

那么,这奇妙的计里鼓车一开始就是制造用来测量里程的吗?

英国著名的科技史学家李约瑟先生认为鼓车最早应该是音乐师的车。在汉武帝的儿子燕王旦的传记中说,他出行的时候,车前车后旌旗招展,鼓乐齐鸣,鼓车是出行仪仗队中为乐队和鼓手准备的。后来这种音乐车便逐渐演变成了测量里程的计里鼓车。

那么这种车到底是什么时候出现的呢?

古人酷爱地图,他们和我们同样渴望了解两地间的实际距离究竟有多长,它最早出现在古代和中古时代或许不是什么令人惊奇的事情。

公元3~5世纪的《孙子算经》中有一道题:长安与洛阳之间的距离为900里,设一车其轮转一周行1丈8尺,两城之间车轮将转若干周?

汉晋时期便有了关于计里鼓车的记载,在《西京杂记》和《晋书舆服志》中都出现了计道车或计里鼓车,但由于记载过于简略,是否当时真有实物令人怀疑,但《孙子算经》中的这道题显然是在计里鼓车设计、制造成功应用之后出现的,数学家根据当时的发明拟设了这样的一道算题。

曾有许多人试制过计里鼓车,其中宋代的卢道隆和吴德仁成功地试制了计道车,还留下了较为详尽的结构说明书。近代我国著名的机械学家王振铎曾按照宋史中的记载复制过计里鼓车,王振铎先生的复制品现在保存在中国历史博物馆。

一辆车能够记录所走过的距离,这种想法吸引了不止一个古代文明的机械师。在另一个早期文明的国度罗马,建筑师维特·鲁威在公元前一世纪在其著作中提到的里程计是现存记录中最古老的。他描述的里程计是每行一里便会有一个石子“当”地掉进箱子。旅行结束后,打开箱子,清点石子数便可知道行走了多少里。对他的描述,达芬奇曾做过复制,但真正成功的复制是1981年由一个叫安德烈的工程师完成的。

一辆木制的古车不可能走过蹉跎的岁月,但对它出现的历史原因和年代的探究则使众多的人们追逐着历史的脚步。中国的计里鼓车可以说是那些先进的现代机器的鼻祖,而按照刘仙洲先生的推测,它无疑也是钟表报时机构的一个前辈。