¿Qué es la mecánica? Cómo utilizar la mecánica para construir un puente sin utilizar un solo tornillo
Recuerde que hay un puente que utiliza la flotabilidad.
La comprensión y aplicación de la flotabilidad es una parte importante de la investigación antigua de la mecánica de fluidos. En este sentido, los antiguos chinos han acumulado una rica experiencia práctica.
Ya en el período anterior a Qin, los antiguos comprendían las características de flotación y hundimiento de los objetos y tenían aplicaciones muy inteligentes en la práctica de producción. Por ejemplo, en el capítulo "Kaogong Ji: Arrow Man", el método utilizado por "Arrow Man" al determinar las proporciones de cada parte del eje de la flecha es:
"Agua, para distinguir su yin y yang; sujételo El yin y el yang se usan para establecer la proporción; la proporción se usa para establecer la pluma "
Es decir, el eje de la flecha afilada se arroja al agua y la flecha. Las partes correspondientes se juzgan de acuerdo con la flotación y el hundimiento de cada parte del eje de la flecha en el agua. La distribución de densidad de la flecha determina la proporción de cada parte de la flecha en función de esta distribución, y luego se determinan las plumas de la cola de la flecha. instalados según esta proporción. Este método de determinar la distribución de masa correspondiente de cada parte del eje de la flecha en función de su grado de flotación y hundimiento es científico y muy ingenioso.
La flotabilidad del agua también se utilizó al estipular las especificaciones de fabricación de las ruedas en "Kao Gong Ji Wheel Man". Para garantizar que "los radios de la rueda deben estar nivelados cuando se frotan y el nivel debe ser nivelado", el método adoptado por el "hombre de la rueda" es: "Riegue y úselo para aplanarlo y nivelarlo". ." Esto significa que para medir si la calidad de la rueda de madera es uniforme, simplemente colóquela en el agua y mida si el grado de flotación y hundimiento es consistente en todas partes. Si el grado de flotación y hundimiento es el mismo ("plano y hundimiento"), la distribución de masa en todas partes de la rueda debe ser uniforme ("uniforme").
En el período anterior a Qin, la gente no sólo podía utilizar la flotabilidad para determinar cualitativamente la distribución masiva de objetos, sino también utilizar la flotabilidad para determinar cuantitativamente el peso de los objetos. El libro "Fuzi" de la dinastía Jin registró esta historia:
"La gente de Shuo ofreció un cerdo grande al rey Yan Zhao, diciéndole 'levanta a Xiruo'... El rey ordenó al cerdo que Ser sacrificado y criado Diez En cinco años, era tan grande como una tumba de arena, y era tan grande como su cuerpo. Wang Yizhi ordenó a Heng Guan que lo midiera rompiendo diez puentes, pero no lo midió. Ordenó a Shui Guan que flotara en el bote y lo midiera "
La "medición con un bote flotante" consiste en utilizar la flotabilidad del agua para determinar el peso de este cerdo extremadamente pesado. Si los registros de "Fuzi" son ciertos, este es un excelente ejemplo de cómo los antiguos chinos utilizaban cuantitativamente la flotabilidad del agua. A partir de este desarrollo, se convirtió en la leyenda popular de Cao Chong pesando el elefante.
Si bien utilizaban la flotabilidad desde una perspectiva empírica, los antiguos también discutían teóricamente las condiciones de flotación y hundimiento de los objetos. Por ejemplo, el clásico anterior a Qin "Mo Jing" discutió una vez este tema:
"Jing Xia": "El Jing es grande debido a su profundidad y superficialidad. Depende de la herramienta".
" "Jing Shuo": "Jing: Shen, el caparazón de Jing, luego Shen Qian, no Jing Ruoyi, uno de cinco".
El "Jing" aquí es el. misma forma y se refiere a la forma. "Shen" significa hundirse. "Herramienta" se refiere a un aparato, que generalmente puede referirse a un objeto hueco y volumétrico. "Bei" debe considerarse un error de "Ju". El significado del Sutra es: Aunque la forma de un objeto es grande, se hunde poco en el agua porque es hueco. "Jing Shuo" explica: La parte de un objeto hueco que se hunde en el agua es poco profunda. Esto no se debe a que el objeto en sí sea poco profundo, sino a que la fuerza de flotación en la parte que se hunde en el agua es igual al peso del objeto. objeto completo. Esto es como intercambiar cosas en el mercado. Se pueden cambiar cinco artículos de A por un artículo de B. A juzgar por estas palabras, los mohistas ya tienen cierta comprensión de las condiciones para que los objetos se hundan y floten en el agua. Por supuesto, debido a la sencillez de la redacción del "Mo Jing", todavía existen diferentes interpretaciones de este artículo, pero en cualquier caso, decimos que los mohistas se han dado cuenta de que la flotabilidad de un objeto está relacionada con el volumen de la parte que se hunde bajo el agua Esto siempre se puede establecer.
"Huainanzi·Qi Suxun" toma el bambú como ejemplo para discutir esto:
"La naturaleza del bambú es flotante, y las sobras se usan como ultimátum, y cuando se atan y se arrojan al agua, si se hunde, pierde su cuerpo "
El bambú es hueco y flotará naturalmente cuando se arroja al agua, por eso se dice que "la naturaleza del bambú es flotar". ". Rompe el bambú intacto en pedazos, córtalos en tiras de bambú, haz un manojo con ellos y tíralos al agua. Se hundirán porque "perdieron su cuerpo". Es decir, el peso del bambú se puede mantener constante, pero después de convertirlo en una tableta de bambú, su volumen se reduce considerablemente en comparación con el original, y la fuerza de flotabilidad que recibe después de colocarlo en el agua también se reduce considerablemente. , por lo que no puede flotar. Obviamente, "Huainanzi" se dio cuenta de que existe una estrecha relación entre la fuerza de flotación de un objeto y su volumen de desplazamiento.
Cabe señalar que ni el Mo Jing ni el Huainan Zi revelan la relación entre la fuerza de flotación de un objeto y su desplazamiento desde una perspectiva cuantitativa. En otros libros chinos antiguos, no he visto a nadie más discutiendo esto claramente. Sin embargo, esto no impidió que los antiguos hicieran un uso inteligente de la flotabilidad. "Historia de la dinastía Song·Fang Ji Zhuan" registra un ejemplo de un monje Huai Bing usando hábilmente la flotabilidad en ese momento:
"La viga flotante en medio del río estaba hecha de hierro de ocho dimensiones Bueyes y un buey pesaban decenas de miles de kilogramos. Más tarde, el agua subió y las vacas desaparecieron en el río. Si podían salir, Huai Bing usó dos botes grandes para mantener a las vacas en su lugar y luego las sacó. "
Lo que hizo Monk Huai Bing fue utilizar la flotabilidad para levantar, lo que se puede decir que es una idea ingeniosa. Hay muchos más ejemplos de pueblos antiguos que usaban la flotabilidad, como construir barcos, muelles, pontones e inventar "minas" en las guerras. No entraré en detalles aquí.
Desde el punto de vista de la física, también cabe mencionar que los antiguos utilizaban la flotabilidad para determinar la gravedad específica de los líquidos. Los antiguos descubrieron en la práctica que el mismo objeto sumergido en diferentes líquidos experimentaba diferentes fuerzas de flotación.
El "Youyang Zazu" escrito por Duan Chengshi de la dinastía Tang mencionado en el Volumen 19 de la "Colección anterior": "La fruta de loto se hundirá cuando entre al agua, pero puede flotar mediante decocción en salmuera alcalina". /p>
El motivo de este fenómeno se debe evidentemente a las diferentes concentraciones de agua y salmuera. Inspirados por este hecho, los antiguos inventaron un método para determinar la concentración de líquido observando la flotación y el hundimiento de las semillas de loto. La "Historia de la ciencia y la tecnología en China" de Joseph Needham citó específicamente un relato escrito por Yao Kuan en el siglo XI al verificar el método para medir la concentración de agua salada. Cuando Yao Kuan era funcionario en Taizhou, usaba semillas de loto para probar la salmuera todos los días debido a una investigación sobre el fraude de los comerciantes de sal. Elige semillas de loto más pesadas para usar. Si tres o cuatro de diez semillas de loto pueden emerger de la salmuera, es una salmuera fuerte. Si el número de granos flotantes es inferior a tres, la salmuera es fina y defectuosa. Si todas las semillas de loto se hunden en el fondo de la salmuera, la salmuera será extremadamente fina y será difícil obtener sal incluso después de la evaporación. Este método no sólo hace un uso inteligente de la flotabilidad, sino que también contiene ciertas ideas matemáticas y estadísticas.
Chen Chun de la dinastía Yuan registró en su libro "Aobo Picture Yong" un dispositivo especialmente utilizado para medir la salmuera, que también se medía utilizando semillas de loto, llamado tubo de loto:
"El método de utilizar tubos de loto consiste en extraer loto de piedra, primero remojarlo en el barro y remojarlo en cuatro lugares con cuatro grados de salmuera: el lugar más salado, tres tercios de salmuera y una parte de agua, la mitad de agua y la mitad de salmuera. Remoje un lugar con una parte de salmuera y dos partes de agua. Luego use un tubo de bambú para sostener cuatro semillas de loto empapadas en el tubo de bambú. Use seda de bambú para separar la boca del tubo de bambú para evitar que las semillas de loto. La prueba de la salmuera se basa en la flotación y el hundimiento de las cuatro semillas de loto para determinar si la salmuera es salada o ligera."
Con este instrumento se puede graduar la concentración de la salmuera. El principio de este "tubo de loto" es similar al del moderno hidrómetro de flotador. Las cuatro semillas de loto equivalen a bolas de colores con diferente gravedad específica. La gravedad específica del líquido se puede determinar en función de la flotación y el hundimiento. estas bolitas.
A finales de la dinastía Ming, Fang Yizhi registró en el volumen 7 de "Little Knowledge of Physics" que su maestro Wang Xuzhou observó la flotación y el hundimiento de oro, plata, cobre y hierro en mercurio líquido:
"Xu Zhouzi dijo: "Compendio de Materia Médica" dice que el oro, la plata, el cobre y el hierro flotarán cuando se colocan sobre mercurio, lo cual no es cierto. El cobre y el hierro flotarán, mientras que el oro y la plata se hundirán. Cuando se extraen el oro y la plata, se consumirán ligeramente y se corroerán".
La observación de Wang Xuzhou es precisa, lo que refleja la investigación en profundidad de los antiguos sobre los estados de hundimiento y flotación de objetos con diferentes Gravedad específica. Este pasaje también describe el efecto corrosivo del mercurio sobre el oro y la plata, que también es valioso en la historia de la química.