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第36章 民间科学知识

中国古代记数符号有几个系统?

从远古时代文明发展的最初阶段起,先民们为了计算猎物,分配食物,不断地积累着关于事物数量的知识。人们认识数是从“有”开始的,起初略知“一”、“二”,以后在社会生产和社会实践中不断积累,知道的数目才逐渐增多。随着识数的增多,在对具体事物个数抽象的基础上产生了数,有了记数的符号。

我国古代记数的符号,大致有两个系统,一个是算码,一个是数字。前者多用于商业和数学书籍,后者多用于文书和典籍中记录数字。后来又从域外传入了阿拉伯数字和罗马数字。

十进制的应用有什么重大意义?

十进制是中国人民的一项杰出创造,在世界数学史上有重要意义。《卜辞》中记载说,商代的人们已经学会用一、二、三、四、五、六、七、八、九、十、百、千、万这13个单字记十万以内的任何数字,但是现在能够证实的当时最大的数字是三万。甲骨卜辞中甚至还有奇数、偶数和倍数的概念。

春秋战国时代,即公元前3世纪以前,我国古代人民就已经能够熟练地运用十进位制算筹记数法,它和现代通用的十进位笔算记数法基本一样。这比印度十进位制数码约早1000年。著名的英国科学史学家李约瑟教授曾对中国古代记数法予以很高的评价:“如果没有这种十进制,就几乎不可能出现我们现在这个统一化的世界了。”

算盘是由什么演变而来的?

算盘是由古代的“筹算”演变而来的。“筹算”就是运用一种竹签作筹码来进行运算。但在长期运用算筹计算的过程中,算筹的缺点日益显露出来,使用它进行运算太麻烦了,因此,算筹终究被方便得多的算盘所取代。

算盘是我国古代人民的一项发明创造,是一种彻底采用十进制的先进计算工具。它制作简单、价格低廉、轻巧灵活、携带运算方便,再加上珠算口诀易学易记,使得算盘在我国普遍使用,长盛不衰,并广为流传,曾经流传到日本、朝鲜、东南亚,对世界文明做出了重大贡献。直到现在,算盘一直是我国最普遍的计算工具之一。

九九乘法表是何时流行的?

九九乘法歌诀,又常称为“九九表”。我国使用九九表的历史较早,早在春秋战国时期,“九九表”就已经开始流行了。在《荀子》、《管子》、《淮南子》、《战国策》等书中,就能找到“三九二十七”、“六八四十八”、“四八三十二”、“六六三十六”等句子。现在学生学的“小九九”口诀,是从“一一得一”开始,到“九九八十一”止。而在古代,却是倒过来,从“九九八十一”起,到“二二得四”止。因为口诀开头两个字是“九九”,所以,人们就把它简称为“九九表”。大约到了十三四世纪的时候,才倒过来像现在这样“一一得一……九九八十一”。

火药为什么叫“药”?

火药是我国古代四大发明之一,已有1000多年的历史。然而,火药又为什么叫“药”呢?这是因为人们曾一度把火药当做药看待的。火药的发明与古代炼丹家们的活动有着密切的联系。在古代,有人梦想炼出仙丹来,做到长生不老,火药就是在炼丹的过程中发明的。当炼丹家们某次把硫黄、硝石和木炭按照一定的份量放在一起,用火点燃或是用力敲打时,突然发生了爆炸,于是火药就诞生了。唐元和三年(808年),清虚子撰写的《铅汞甲庚至宝集成》卷二中,载有当时的火药配方,是硫黄、硝石和马兜铃(一种植物的果实,加热后能炭化),方法是“伏火矾法”。直至火药用于军事后,医学家还把它列入药类。例如明代的李时珍,就把火药收在他的《本草纲目》里,说是具有“治疮癣,杀虫,辟湿色、瘟疫”的功效。

造纸术是蔡伦发明的吗?

造纸术是我国古代四大发明之一。关于造纸术的起源,过去多是沿袭6世纪的历史学家范晔在《后汉书·蔡伦传》中的说法,认为纸是东汉的宦官蔡伦于105年发明的。然而,1933年在新疆罗布淖尔汉烽燧遗址中出土了公元前1世纪的西汉麻纸,比蔡伦早了1个多世纪。1957年西安市东郊的灞桥再次出土了公元前2世纪的西汉初期古纸。经学者分析化验,确认它主要由大麻和少量苎麻的纤维所制成,比“蔡侯纸”要早200多年。这些事实有力地说明了,早在公元前2世纪,我国劳动人民就已经发明了造纸术。

然而,早期的西汉麻纸比较粗糙,不便书写。到了2世纪,在宫廷中任尚方令的蔡伦,凭借充足的人力和物力,监制并且组织生产了一批良纸,于105年献给朝廷,和帝大悦,在嘉奖蔡伦的同时,立即通令全国采用。由于蔡伦曾被封为“龙亭侯”,后人便把他组织监制的纸叫做“蔡侯纸”。可见,蔡伦在历史上是作为良纸的监制者和推广者的身份出现的,而不是造纸术的发明者,但是,这些活动在客观上对造纸术的发展有利,因而他的作用不应该完全抹杀。

指南针的发明经历了怎样一个过程?

指南针是我国古代的四大发明之一。指南针大约出现于我国战国时期,最早的指南针是用天然磁石制成的,样子像一只勺子,底圆,可以在平滑的“地盘”上自由旋转,等它静止的时候,勺柄就会指向南方。古人称它为“司南”。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。指南鱼是用薄铁叶裁成鱼形,然后用地磁场磁化法,使它带有磁性,在行军需要的时候,把它浮在水面,铁叶鱼就能指南。然而这种磁化法所获得的磁体磁性比较弱,实用价值比较小。另一种指向仪器是指南针,它是把钢针放在天然磁体上摩擦,因传磁而有了磁性。直到19世纪现代电磁铁出现以前,差不多所有的指南针都是采用这一种人工磁化法制成的。

指南针在11世纪时已是常用的定向仪器。指南针的最大用途是用来导航。中国典籍记载指南针用于航海始于宋代,大大地促进了航海事业的发展。大约在12世纪末到13世纪初,指南针由海路传入阿拉伯,然后由阿拉伯传入欧洲。

雕版印刷术是如何诞生的?

雕版印刷术是我国古代四大发明之一,它在唐朝就非常流行了。雕版印刷的出现是我国历史上印章与石刻结合的结果。所谓石刻就是用纸在刻有文字的石碑上拓印。石刻刻的是阴文(字凹下去),不便印刷,但面积很大;印章刻的是阳文(字凸起来),便于印刷,缺点是面积太小。于是,人们把这两者取长补短,开始雕刻大面积的阳文木板,开始印刷历书、佛像、经书等。目前,文献记载最早的雕版印刷书籍是贞观十年印刷的《女则》一书。

活字印刷术是谁发明的?

雕版印刷术发明后,人们发现它有一些缺点,如刻版费时费工费料,大批书版存放不便,有错字不容易更正等。到了北宋仁宗时,平民发明家毕昇改进了雕版印刷术,发明了“活字印刷术”。

据沈括的《梦溪笔谈》记载,活字印刷术分为三道工序。首先,用胶泥做成一个个四方长柱体,一面刻上单字,再用火烧硬,这就是一个个的活字。这是活字印刷的基本工具。排字的时候,先预备好一块铁板,板上敷一层松脂、蜡和纸灰等合制的药品,铁板四周放着一个铁框,在铁框内密密地排满活字,满一铁框为一版,再将铁板放在火上烘烤,使铁板上的药品稍稍熔化。另外用一块平板在排好的活字上面压一压,把字压平,一块活字版就排好了。它同雕版一样。只要在字上涂墨,就可以印刷了。这就是最早发明的活字印刷术。这种胶泥活字称为泥活字。

还魂纸是一种什么纸?

还魂纸是指用废纸做原料生产的再生纸。“还魂纸”的历史可以追溯到北宋时期。敦煌石窟《救苦众生苦难经》使用的纸就是还魂纸。在经卷的反面可以看到三片泛红的故纸残片,纸片上有粗横帘纹,纹宽约2毫米。由麻纤维制成,麻筋较粗。这显然是三片抄经前未及捣烂的废纸,它有力地证明了当时的造纸原料中有废纸。该经卷的经尾上写有“乾德五年丁卯岁七月二十四日善兴写经”的字样,说明写经年代为967年。

胆铜法是一种怎样的炼铜方法?

胆铜法,即胆水炼铜,是水法冶金的起源。它是中国的一项伟大发明,在世界冶金史和化学发展史上占有重要地位。胆铜法是把铁放在胆矾(硫酸铜)溶液(俗称胆水)中,使胆矾中的铜离子被金属铁所置换而成为单质铜沉积下来的一种产铜方法。

胆水炼铜法约始于西汉。西汉成书的《淮南万毕术》有“曾青得铁则化为铜”的记载,“曾青”又有“石胆”、“胆矾”等名称,是天然的硫酸铜。东汉的《神农本草经》也说:“石胆……能化铁为铜。”到了南北朝时期,梁代的陶弘景又进一步发现胆铜法的原料不限于硫酸铜,只要是可溶性的铜盐,就会和铁起置换反应。

胆铜法有许多优点。它可以就地取材,在胆水多的地方设置铜场,设备比较简单,技术操作容易,成本低廉。同时,因为在常温下提取铜,不像火法炼铜那样需要高温,既节省燃料,又不必使用鼓风、熔炼等设备,且不论含铜量多寡,贫矿富矿都能应用。

发明锯的人是鲁班吗?

鲁班是我国古代的一位能工巧匠,有过许多发明创造。据一些历史书籍记载,锯就是他的一项发明,而事实上,锯并不是鲁班发明的。

20世纪70年代,国家考古工作者在陕西周原发掘了一处西周中期的制造骨器的作坊遗址,遗址中发现的兽骨有被锯条锯断后留下的痕迹,并保存有大量的骨质下脚料,还发现6把铜锯和1把骨锯。而鲁班是春秋末期的鲁国人,由此可知,至少在鲁班之前400年,人们就已经使用锯子来进行生产了。

什么是灌钢法?

灌钢法是由南北朝时的北齐人綦母怀文发明的。据《北齐书·方伎传》的记载,东魏、北齐年间,綦母怀文选用宿铁作为刀刃,造出了锋利异常的宝刀,可以在一斩之下劈断30片金属甲片。

在制作宿铁刀时,綦母怀文没有用通常的水冷法铸刀而是“浴以五牲之溺,淬以五牲之脂”,就是用牲畜的尿和脂肪来帮助炼钢。因为牲畜尿中含有盐类,具有比水更高的冷却速度,所以能使淬火后的钢获得较高的硬度;牲畜油脂冷却速度较低,能避免钢淬火时脆裂,提高钢的韧性,减少它的变形。

古代是怎么制糖的?

我国最早的糖,除蜜糖外,主要是麦芽糖。麦芽糖在古代又名“饧”、“饴”等。中国早在3000年前就知道用麦芽来制造麦芽糖了。远在西周至春秋时代,人们就开始做蜜饯了。战国时代,我国人民已用饴糖来调制食饼了。北魏贾思勰《齐民要术》中详细记载了制作麦芽糖的方法,其工序从发芽、浸米、蒸米、糖化、过滤、煮饴、搅拌到加工,已与现代的制饴过程大致相同。到明朝时期,人们巧妙地用各种方法把麦芽糖做成美味食品,并且出现了更为详细的制饴记载。

我国用甘蔗制糖的历史也很久。甘蔗产于南方,从战国至汉末,已种甘蔗,并喝其浆汁。汉朝时,人们已经能用蔗浆熬制的糖膏塑成各种动物的形状。从东汉到唐初,我国蔗糖质量并不好,唐太宗派人赴印度摩揭陀国学习制糖技术,引进新的制糖法,从此,我国的蔗糖生产才进入一个新阶段。

古代人是怎样取火的?

根据传说,大约在6000多年前的燧人氏时代,人们是通过钻木来取火的。但是,并不是所有的木柴都能钻出火种,人们在长期的实践中发现:要钻出火种,不但要选择木柴品种,而且要根据季节不同而选择不同的木柴品种。黄帝时期,各地都设有专门管理钻火的官员。他们长年负责选用能钻出火的木柴。古人把这种取火方法称为“燧”。

西周时期,人们开始掌握了人工制火技术,当时的人们用铜制作成圆形镜,中间制成凹形,取火时对着太阳,物体立即燃烧。这种方法被称为“阳燧”取火。

后来,人们又发明了“火镰”。“火镰”就是把旧棉絮用草汁一染,捡一块燧石,垫上染过的旧棉絮,用月牙铁条一击,火星就燃着了棉絮,随用随击。火镰在我国沿用了1500多年,至今,一些偏僻山区的人还在使用它。

古人是怎样利用地下水的?

据古文献记载和考古发掘证明,我们的祖先早在六七千年前就能利用地下水了。

相传我国人民在黄帝时代就懂得凿井取水了。从尧时民歌中有“凿井而饮”的词句看,最早凿建水井的目的,主要是为了供人们饮水用。浙江省余姚县河姆渡新石器时代遗址所发现的一口水井,是迄今我国发现最早的水井,这个竖井四壁有由四排木桩组成的方形桩木墙,排桩内预套着一个方木框,以防排桩向里倾塌。从这里可以看出,当时建井所采用的方法已相当科学。

据先秦文献《世本》记载:“汤旱,伊尹教民田头凿井以灌田。”在陕西沣西张家坡西周遗址中,发现8口水井,有的深达9米以上,形状有长方形和椭圆形。说明这个时候,人们已开始利用井水来灌溉农田了。

战国时期开凿水井就更加普遍。这个时期还出现了陶井,这标志着我国古代凿井技术又有新的创新。陶井井圈与井壁之间用土或碎陶片填实。施工方法与现代修建桥墩时采用的沉井法相似,这是施工技术的一个创造。此种水井除供饮用外,还供手工业用水。西汉以后,水井多为砖砌,井筒从下向上逐渐缩小,成梯形,井口较小,加盖,注意了安全卫生。

古代的“冰箱”是什么?

我国在古代就已经有了“冰箱”。古时候,天气再热,不能热了天子。于是,宫殿里有了最初的“制冷机器”。这种设备,采用的是冷水循环的方法,用扇轮转摇,产生风力将冷气送入殿中。同时,还利用机械将冷水送向屋顶,任其沿檐直下,形成人造水帘,激起凉气,以达到消暑之目的。

在古籍《周礼》中还提到过一种用来储存食物的“冰鉴”。这种“冰鉴”其实是一个盒子似的东西,内部是空的,把冰放在里面,然后把食物再放在冰的中间,就可以对食物起到防腐保鲜的作用了。这就是人类使用最早的冰箱。

此外,《吴越春秋》上也曾记载:“勾践之出游也,休息食宿于冰厨。”这里所说的“冰厨”,就是古代人们专门用来储存食物的一间房子,是夏季供应饮食的地方。

水车是如何发明的?

先秦以前,我国是没有水车的,那时,人们一遇天旱,就“抱甑而汲”,意思是抱着瓦罐到河边或井中取水浇田。后来,出现了“桔槔”。它有点像旧式打井水和灌溉用的“挑竿子”,一头挂汲水的桶,一头挂石头,利用杠杆力取水,这比“抱甑”取水算是进了一步。水车正式出现是在东汉时代。《后汉书》记载,当时有个叫华岚的人,曾制作了一种叫“翻车”的东西,后人说它就是龙骨水车的前身。三国时代的马钧,对“翻车”又有了改进。古书说,马钧“居京都时,城内有地可以为园,患无水以灌之,乃作翻车,令儿童转之,而灌水自复,更入更出,其巧百倍于常”。所以,华岚和马钧两人,应该是中国水车的创始人。

马镫的发明有什么意义?

马镫被西方马文化研究界称为“中国靴子”,它是人类历史上一项具有划时代意义的发明。现在最早的马镫实物长24.5厘米,宽16.8厘米,发现于3世纪中叶到4世纪初的中国东北的鲜卑人活动区域,出土地点在辽宁省西部与内蒙古赤峰相接的北票市。在发明马镫之前,骑马是一件十分辛苦的事情。骑兵是坐在垫毯和鞍毯上,甚至没有马鞍而骑在马的光脊背上,从头顶来挥刺长矛的。马镫发明以后,战马更容易驾驭,人与马连接为一体,骑在马背上的人解放了双手,骑兵们可以在飞驰的战马上且驰且射,也可以在马背上左右大幅度摆动。

圆周率是如何一步步精确测得的?

圆周率是指圆的周长和同一圆的直径的比率。它的应用范围很广,现在很多涉及圆的问题,都需要用圆周率来推算。追本溯源,我国古代的劳动人民在很早以前就已经在生产实践中开始应用了圆周率。最早求得的圆周率值是“3”;到了西汉末年,刘歆又得出3.1547的圆周率值;东汉张衡算出3.1622的圆周率值,但这些都不够精确;到了三国末年,数学家刘徽创造了用割圆术求圆周率的方法,求得3.141024的圆周率值。这是我国古代关于圆周率研究中的一个光辉成就。后来,南朝杰出的数学家祖冲之求出圆周率在3.1415926和3.1415927之间,还保留了两个用分数表示圆周率的数据,其中较精确的称密率为355/113,还有约率为22/7.这与现代求得的圆周率的真值很相近,是当时最精确的圆周率。

耧车是做什么用的?

耧车是古代的下种工具。耧车源于汉,发明者是赵过。《全汉文·崔实政论》载:汉武帝任用赵过做搜粟都尉,赵过用“三犁共一牛”就把下种、挽犁的工序全做到了,一天能种100亩地。赵过的“三犁共一牛”就是耧车。耧车的形状及操作方法,在王祯的《农书》中做了介绍并附有图案。耧车的发明,比旧时的播种法节省人力5倍,牛工1倍,播种效力提高3倍,大幅度地提高了播种质量和效率,这在当时的农业生产中确实是一个很大的进步。现在播种中使用的条播机,就是在耧车的基础上改制而成的。