古代中期機(jī)械制造

人類(lèi)在搬運(yùn)重物的過(guò)程中，曾經(jīng)使用過(guò)撬板、樹(shù)干或圓木。從滾動(dòng)的圓物發(fā)展到在軸的二端各裝上一個(gè)輪子，這在工藝學(xué)上是一個(gè)巨大進(jìn)步。

古代兩河流域的貿(mào)易活動(dòng)，主要是通過(guò)陸路運(yùn)輸進(jìn)行的，起先主要靠人力擔(dān)運(yùn)、牲畜馱運(yùn)，進(jìn)而使用畜力牽引的泥撬；直到大約5000年前，有輪子的車(chē)輛最早在兩河流域出現(xiàn)了。從古畫(huà)上看出，最初的輪車(chē)是比較笨拙的四輪車(chē)，但已使運(yùn)輸效率大大提高了。

中國(guó)早在商代已經(jīng)制出相當(dāng)完備的兩輪車(chē)了。車(chē)由車(chē)轅、車(chē)輿和輪、軛等部分組成，車(chē)輪有輻條，加上馬具和轡飾，極為精致華美。周代已采用油脂作軸承的潤(rùn)滑劑。到春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，各國(guó)除有大量戰(zhàn)車(chē)之外，貴族和平民乘坐和運(yùn)輸用的車(chē)輛種類(lèi)已很多?！犊脊び洝分袑?duì)官府制車(chē)工藝及規(guī)范，作了比較完整的總結(jié)記述。如《輪人》篇指出："凡察車(chē)之道，必自載于地者始也，是故察車(chē)自輪始。凡察車(chē)之道，欲其樸屬而微至。不樸屬，無(wú)以為完久也；不微至，無(wú)以為戚速也"。"樸屬"就是堅(jiān)固結(jié)實(shí)；"微至"即輪與地面的接觸面積小。接觸面積小，容易轉(zhuǎn)得快。所以《考工記》對(duì)車(chē)輪的制作和檢驗(yàn)，提出了一系列技術(shù)要求。此外，《考工記》還對(duì)車(chē)轅、車(chē)架的制作，各個(gè)部件的連接方法以及不同用途的車(chē)輛的要求等，作了分別的敘述。從這些記載可以看出，當(dāng)時(shí)中國(guó)的車(chē)輛制造技術(shù)已達(dá)到很高的水平。

作為水上運(yùn)輸工具的船，也是史前時(shí)期的一項(xiàng)重要發(fā)明。古代埃及的貨物運(yùn)輸主要通過(guò)尼羅河、地中海和紅海，所以埃及船只的制造也比較發(fā)達(dá)。起初，他們是用枝條、稻草等密密編成筏，外面再蒙以獸皮或涂以油脂；在尼羅河三角洲，則用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)的蘆葦捆扎成筏。在拉丁美洲，也早就出現(xiàn)了用竹木柴草捆扎的筏，或用動(dòng)物皮縫制、中間充氣的皮筏。

后來(lái)就出現(xiàn)了用火將大樹(shù)干中間燒空而鑿成的獨(dú)木舟。在有了切削工具后，人們就能制造相當(dāng)大的木船了。最初的木船是用槳來(lái)推進(jìn)的，進(jìn)而又發(fā)明了風(fēng)帆并以槳作舵來(lái)行駛，大大擴(kuò)展了航行的范圍。

有出土的遺物表明，美索不達(dá)米亞的船只很早就完成了環(huán)繞阿拉伯半島到埃及的航行。古印度在哈拉巴文化時(shí)期也已在造船和航海了。公元前1世紀(jì)時(shí)，每年航行在印度與埃及之間的船只都在100只以上。在臺(tái)灣出土的中國(guó)東部沿海黑陶文化時(shí)期的許多石器表明，中國(guó)在新石器時(shí)代末期也有船只駛過(guò)臺(tái)灣海峽。

古希臘人由于同地中海沿岸國(guó)家有頻繁的貿(mào)易往來(lái)，同時(shí)為了維護(hù)其海上勢(shì)力，就需要大批船只，因而有發(fā)達(dá)的造船業(yè)。那時(shí)的商船多為帆船，據(jù)說(shuō)公元前5世紀(jì)的希臘商船，載重量一般為250噸左右。戰(zhàn)船為了增強(qiáng)機(jī)動(dòng)性，常為槳帆并用。在公元前5世紀(jì)進(jìn)行的反對(duì)波斯侵略的戰(zhàn)爭(zhēng)中，雅典一次就建造了200艘戰(zhàn)船，每艘長(zhǎng)約130英尺，由分坐三層的17O名槳手劃行，用金屬包裝船嘴以沖撞敵船，船員們用長(zhǎng)矛和利劍來(lái)殺傷敵方的人員。

古人為提挈重物，先后發(fā)明了杠桿、滑輪、螺旋和輪軸等簡(jiǎn)單機(jī)械。這些簡(jiǎn)單機(jī)械，成為后來(lái)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。在古代埃及、巴比倫和中國(guó)，很早就出現(xiàn)了"桔槔"這種提水杠桿，用以從深塘、河渠或井里把水提到高處進(jìn)行灌溉。到春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，利用輪軸制成的轆轤在中國(guó)已得到普遍應(yīng)用，并成為從礦井中提升礦石和向井下運(yùn)送支護(hù)木料等物品的重要工具。杠桿原理還被廣泛用于制造天平、秤、剪刀、手鉗、腳踏碓中。

橄欖油和酒類(lèi)是雅典出口用以換購(gòu)糧食的主要產(chǎn)品；而從橄欖中提煉油就需要把橄欖壓碎，再用木板一層層碼堆起來(lái)，用載有重石的杠桿加壓。后來(lái)就發(fā)明了由兩個(gè)固定的柱子和一個(gè)沉重的水平頂梁構(gòu)成的壓榨機(jī)，用打進(jìn)許多楔子的辦法增大壓力；進(jìn)而又發(fā)明了用螺杠向下加壓的壓榨機(jī)。另外，希臘諸城邦之間頻繁的戰(zhàn)爭(zhēng)，也推動(dòng)了希臘兵器的制造發(fā)展，如戰(zhàn)船、弓弩、圍城機(jī)械的制造等。希臘人在戰(zhàn)爭(zhēng)中還使用施放煙幕和毒氣的手段。

托勒密王朝建立以后，實(shí)行鼓勵(lì)科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)造的政策。亞歷山大城涌現(xiàn)了一批很有成就的工程學(xué)家，史稱(chēng)亞歷山大里亞工程學(xué)派。這個(gè)學(xué)派是由一位理發(fā)師的兒子克達(dá)席布斯(活動(dòng)于公元前285-前222)所創(chuàng)立的。他們?cè)l(fā)明了空氣和水的壓力泵、水風(fēng)琴、水鐘等。這一時(shí)期的機(jī)械發(fā)明主要集中于三個(gè)方面。一是軍事機(jī)械，如在早先的投石器的基礎(chǔ)上發(fā)明了石炮；另外還有飛弩車(chē)、連發(fā)弩、撞城車(chē)、海岸用圓炮塔等。二是科學(xué)儀器，克達(dá)席布斯發(fā)明的用流水帶動(dòng)機(jī)械動(dòng)作的水鐘，就是在夜間報(bào)時(shí)用的儀器。公元前2世紀(jì)或前1世紀(jì)這個(gè)學(xué)派最著名的機(jī)械發(fā)明家赫隆發(fā)明的車(chē)程計(jì)，是現(xiàn)代里程表的祖先，他發(fā)明的多用照準(zhǔn)儀是現(xiàn)代經(jīng)緯儀的雛型。此外他還發(fā)明了虹吸器、水準(zhǔn)儀和測(cè)溫器等。這些儀器的發(fā)明對(duì)于提高人們觀(guān)測(cè)的精密度，推動(dòng)科學(xué)認(rèn)識(shí)的發(fā)展，都是很有意義的。三是機(jī)械玩具。赫隆在他所著的《氣體裝置》一書(shū)中，記載了以空氣、蒸汽和真空為動(dòng)力的七八種自動(dòng)機(jī)械裝置。如神廟中能"自動(dòng)開(kāi)關(guān)的門(mén)"，自動(dòng)推出燈芯的"自動(dòng)調(diào)節(jié)油燈"，供信徒門(mén)洗手漱口用的"自動(dòng)圣水裝置"等。赫隆最著名的發(fā)明是玩具蒸汽球。它是把沸水生成的蒸汽導(dǎo)入安裝在兩軸間的空心球體內(nèi)；當(dāng)蒸汽從方向相反的兩個(gè)噴口噴出時(shí)，反沖作用就會(huì)使球體旋轉(zhuǎn)起來(lái)。這個(gè)裝置被看作是現(xiàn)代汽輪機(jī)的雛形。

古希臘亞歷山大里亞時(shí)期的著名科學(xué)家阿基米德，不僅曾發(fā)現(xiàn)了浮力定律和杠桿原理，而且還是一位杰出的工程學(xué)家。早在亞歷山大城學(xué)習(xí)期間，他就發(fā)明了一種叫作"阿基米德螺旋"的揚(yáng)水器。這是在一個(gè)圓柱體上螺旋狀地繞上中空的管子，把它傾斜放置，下端侵入水中，隨著圓柱體的旋轉(zhuǎn)，水便沿螺旋管被提升上來(lái)，從上端流出。多少年來(lái)埃及人就利用這種揚(yáng)水器引尼羅河水灌溉兩岸的農(nóng)田。阿基米德還是一位偉大的愛(ài)國(guó)者。在他晚年羅馬軍隊(duì)入侵他的國(guó)家，圍攻敘拉古時(shí)，他為敘拉古設(shè)計(jì)制造了大型投石機(jī)；還用杠桿、滑輪和螺旋制成帶有鐵爪的起重機(jī)，能把敵船從水中抓起翻倒入海中。他還用許多鏡片組成大型凹面鏡，把太陽(yáng)光會(huì)聚到敵船上，將敵船焚燒。

中國(guó)在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期由于各個(gè)諸侯國(guó)互相攻占兼并，戰(zhàn)爭(zhēng)頻繁，所以軍事技術(shù)和兵器制造也得到很大發(fā)展。《墨子.備城門(mén)》篇述及的攻城器械有：鉤(鉤梯）、衝(人推的車(chē)輛，上裝鐵頭巨木，用以沖破城門(mén)）、梯(云梯）、轒輼(四輪車(chē)上立木架，蒙以牛皮，下可容10人，作攻城之用）等。守城用的器械有：連弩之車(chē)，轉(zhuǎn)射機(jī)(可能是裝有立軸的弩，可向各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)射）、橐龠(施放煙幕的鼓風(fēng)皮囊）等。

當(dāng)時(shí)所用的基本兵器是所謂"五戎"或"五兵"，即刀、劍、矛、戟、矢等。關(guān)于弓箭的制造，《考工記》記載當(dāng)時(shí)已有"弓人"、"矢人"、"冶氏"的專(zhuān)門(mén)分工，各個(gè)部件的制作都有很詳細(xì)的技術(shù)規(guī)定。中國(guó)弩的發(fā)明比西方早13個(gè)世紀(jì)，弩機(jī)大約是在春秋時(shí)期發(fā)明的，它是在弓的基礎(chǔ)上經(jīng)改進(jìn)而制造的一種強(qiáng)力武器。最初弩和弓一樣是用一個(gè)人手臂的力量拉開(kāi)的，戰(zhàn)國(guó)以來(lái)則出現(xiàn)了裝有連桿和腳踏的、用腳蹬方式將踏腳壓到地就可將弓拉開(kāi)的偏架弩，又叫"神臂弓"。據(jù)說(shuō)它可將箭射出300步遠(yuǎn)，能穿透鎧甲上的幾層鐵片，威力很大。此外還有用絞車(chē)開(kāi)弦的"車(chē)弩"，將兩三張弓合為一弩的"床子弩"，儲(chǔ)備人力和彈力的作用就更為明顯了。