摘要：实践力学知识是基于工匠们制作及使用各种生产工具时，于实践中应用的力学知识。虽然与直觉力学知识不同，这类知识已不再广泛地被人们所分享；但是，它们与那些从事生产和使用工具的专业人群紧密相联，并伴随历史发展而不断演进。这类知识通过实践者直接参与特定工具的生产过程或口

实践力学知识是基于工匠们制作及使用各种生产工具时，于实践中应用的力学知识。虽然与直觉力学知识不同，这类知识已不再广泛地被人们所分享；但是，它们与那些从事生产和使用工具的专业人群紧密相联，并伴随历史发展而不断演进。这类知识通过实践者直接参与特定工具的生产过程或口头讲解，而在历史中得以传承。理论的力学知识产生，正是源于直觉力学知识及实践力学知识在人类思想认识中的不断升华。

一、耒耜和耕犁

传说神农氏是我国农业的始祖，《周易》记载关于神农氏“包牺氏没，神农氏作，斫木为耜，揉木为耒，耒耨之利，以教天下，盖取诸益”的传说。耒耜就是对杠杆知识的利用，正所谓“入土曰耜，耜柄曰耒”。耒是按照杠杆的知识将木柄弯曲成一定的角度，以达到省力的目的。对于荒田的开垦成为发展农业的首要任务，耒耜等杠杆工具的应用源自农业开荒的必然需求。

开荒面对的主要问题就是砍林为田，清理杂草，原始农业先使用的是石斧、石铲等费力杠杆工具。随着经验的积累，人们对杠杆知识不断认识，逐步加长了手柄和改变了木柄的曲直，以达到省力，使效率最大化，正所谓：“民无悬耜，野无奥草”。奥草就是茂盛的野草，耒耜的出现对于农田开垦发挥了极大的作用，使得先民逐步放弃了原始的刀耕火种，协作耕种增多，记载有关“协田”“耦耕”的甲骨不断被人们发现。“协田”在甲骨中记载：“协田，其受年？十一月”。大概的意思就是大王命令人们在十一月间进行众人耕作劳动。“耦耕”也是指众人协作耕地，相关的解释有很多：汉代的经学家郑玄注释《考工记》，认为耦耕是两人分别持一工具共同耕作；陆懋德认为耦耕是犁耕的原始形态；孙常叙认为耦是两人使一工具；万国鼎认为耦是一人翻土另一人整理土地；等等。早期的杠杆工具主要是骨质、石质工具，金属工具使用得比较少，杠杆工具多用于开荒。我国农业的历史有上万年，文字记载的历史有几千年，战国时期随着井田制的破坏，私有制的发展，以家庭为单位的生产方式需要更为有效的翻土工具。铁器的使用是伴随着冶铁技术发展的，大量出土的文物就证明了这一点。于是犁代替耒耜等，畜力的使用使得犁得以发展。耒耜等逐步被更为有效的工具替代，才使得以家庭为单位的生产成为可能。

古代先民在耒耜柄的一端拴上麻绳，由另一个人向前拉动。这就是耕犁的原始雏形。但是犁头与地面接触的角度几乎垂直，犁头插入土以后，人拉起来十分费力，根本达不到省力的目的。于是人们想到了用牲畜来代替人力，但早期的犁还较为简单，而且比较笨重，翻地的效果还比较差，通常需要两头牛才能完成。后来江东犁的出现解决了这一问题，江东犁作为耒耜这样杠杆工具的变形，从中似乎可以找寻到杠杆知识发展的些许脉络。江东犁是江南地区的主要生产工具，是伴随着南方农业发展的。在秦汉以前，南方人口较少，农业发展远远不及中原黄河流域。《史记》记载：“楚越之地，地广人稀，饭稻羹鱼，或火耕而水耨”。北方的畜耕技术随着流民南迁被带到了南方并为了适应南方的地理环境，做出了技术上的改变。南方多雨，土地比北方多泥泞、耕地面积小山地多，江东犁因操作便捷、效率高得以被广泛应用，《耒耜经》有关于江东犁的详细记载。杠杆知识的传递得以延续，但是人们对于杠杆的认识并没有在耕犁中进一步体现，是因为江东犁在农业发展的过程中逐步被铁搭取代。铁搭是一种铁质的翻土工具，在战国时期就有使用。铁搭的大量使用导致了农业耕种中复杂杠杆工具逐渐被取代，简单的杠杆工具又被广泛应用。南方多以种植水稻为主，杠杆农具多为适应南方水田。

简单杠杆工具的悄然复兴完全是社会实际的需要，与我国先民对于杠杆的认识水平无关。

二、其他农业耕作工具

随着耒耜和犁的使用，其他杠杆工具也被发明创造出来，这些工具大多是耒耜或是犁的变形。耙是一种破土工具，可以把土壤中的大小土块打碎，让作物更好地生长。如果土地出现板结情况，特别是在北方干旱地区，土壤表层很容易丢失水分导致种子无法出芽。贾思勰的《齐民要术》中就有关于耙的记载，《王祯农书》记载了方耙和人字耙。

在贾思勰的《齐民要术》中记载了另一农具——“耢”，是一种整地工具。耢的作用机理和耙是很相近的，制作材料多是竹条或是藤条，在魏晋时期的壁画中就有相关的描述。《王祯农书》中也记载了耢这样的工具。在整地之后的播种过程中，耧车的使用也是先民对于杠杆知识的应用。耧车是在犁的基础上发展而来，在原始犁的上面加上一个原始的撒种器。按照《王祯农书》中的描述来看，其基本的作用机理也是杠杆原理，耧车下面有耧脚用来划破土地，同时震动使放在盒中的种子播撒在土沟中。在嘉峪关魏晋墓壁画中可以看见先人使用耱来进行农业活动。耱也是一种应用杠杆知识的改进工具，其主要的作用就是在播种好的土地上覆盖薄薄的一层土，这符合现代农业知识。精耕细作在我国成为农业的主要方式与杠杆工具的广泛使用是分不开的。

上文中提到了南方农业的发展，整地平地则需要用到耖、耘等工具。耖是一种类似于北方的耢的工具，主要用于破碎土中的土块，并用于对田地的平整。其器形与耢十分相似，只是由于南方土地松软，耖需要垂直深入土中，才能更好地发挥作用。耘是一种近似于石铲的工具，主要用于中耕除草。

无论是早期的耒耜、原始犁还是耙、耢、耱、耖、耧车等改良工具都是杠杆知识在应用中的不断改良、不断创新。这说明了杠杆知识在从意识形态的知识应用到器物形态的过程中，更多是在适应生产活动，器物的改良使得人们对于知识的广度得以增加，可以把原有的杠杆知识加以利用并推广到更广的领域中；但是对于知识的深度并没有巨大的影响，使得先人对于杠杆知识的表达还停留在言语表述阶段。

三、桔槔等提水工具

桔槔是一种提水工具，在农业为本的古代社会，从河流中和深井中汲水灌溉是十分重要的。桔槔在古代许多文献中都有记载，例如，《墨子·备穴》中就有关于桔槔的记载。桔槔早在商周时期就有过记载，用一根木棍作为支撑点，另一根木棍搭在其顶端并拴上重物。对于桔槔的起源众说纷纭，也许是原始人为了使剩余猎物免于被动物吃掉，而将猎物用木棍挑起。后来将木棍搭在树枝上，另一头坠有石块，使木棍达到平衡状态。在有了杠杆平衡的初步概念之后，杠杆平衡逐步应用到了农田灌溉领域，而不仅仅在于提升重物。从出土的汉代石像中可以看出人们利用桔槔从井水中取水。汉代刘向在《说苑·反质》中记有：卫有五丈夫，俱负缶而入井灌韭，终日一区。邓析过，下车为教之，曰：为机，重其后，轻其前，命曰桥。终日灌韭，百区不倦。

文中的桥就是桔槔，说明在春秋末年，桔槔并没有被广泛地推广使用，其原因可能是前文中提到的社会生产环境。春秋末年，东周的土地制度并没有完全遭到破坏，农田多由农奴集体耕种，肩挑手提的取水方式可以满足农田灌溉的需要。只是随着社会变革，农田不断扩大以及土地私有制兴起，桔槔这样的高效取水工具得以广泛应用。《庄子·天地》中记载有这样一段文字，记载了汉阴丈人的轶事：子贡南游于楚，反于晋，过汉阴，见一丈人方将为圃畦，凿隧而入井，抱瓮而出灌，搰搰然用力甚多而见功寡。子贡曰：“有械于此，一日浸百畦，用力甚寡而见功多，夫子不欲乎？”为圃者仰而视之曰：“奈何？”曰：“凿木为机，后重前轻，挈水若抽，数如溢汤，其名为槔。”为圃者忿然作色而笑曰：“吾闻之吾师，有机械者必有机事，有机事者必有机心。机心存于胸中，则纯白不备；纯白不备，则神生不定；神生不定者，道之所不载也。吾非不知，羞而不为也。”

从这段文字可以看出随着农业的发展，桔槔等提水工具得以普及。南方等地区为了适应当地条件逐渐发展了水田耕作，《王祯农书》中记载了在水田中先民利用肩挑来灌溉。扁担一般由竹片削制而成，两头拴上木桶用来盛水。扁担挑物利用的就是杠杆平衡的知识，并且在行走的过程中，扁担由于弹性作用会上下起伏，使得人们在行走过程中肩部的压力得以分担。可见在杠杆知识的应用过程中也会涉及对于材料知识的认识。

本文摘编自《中国古代力学知识》，仪德刚、冯书静著，标题和内容有调整。科学人文在线，与您共同关注科技史、科技哲学、科技前沿与科学传播，关注人类社会的可持续发展，创造有价值的阅读！欢迎点赞、转发、留言讨论。

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近半个多世纪，中外学者对力学史研究倾注了大量心血和精力。学者们在研究中发现中国古代力学知识发展不同于西方近代经典力学体系，笔者借鉴科技训诂、发生认识论和原始思维等研究方法，从直觉知识、理论知识和实践知识等方面对中国古代力学知识进行文本分析，术语、思想探源和力学实践探讨，尝试建构中国古代力学知识体系。研究发现，中国古代力学知识的产生及传承与古代传统思维紧密相连。中国古代传统思维由直觉思维、类比思维、经学思维、整体思维、辩证思维等多种思维模式融会贯通而成，力学知识正是在此传统思维框架内发生、发展和传承下来，因而产生了直观、生动又实用的中国古代力学知识。多元一体的文化传统，孕育出不成体系但又独特的中国传统力学知识。

本书可作为物理学史等科技史同行的参考书，亦可以作为高等院校物理学、力学等相关专业的参考书，同时可供科技史爱好者参考使用。

作者简介

仪德刚，东华大学人文学院教授、博士生导师，内蒙古师范大学科学技术史研究院博士生导师，主要研究科技史和科技战略，历任剑桥李约瑟研究所和美国北达科他州立大学商学院访问学者，中国科学学与科技政策研究会理事，中国科学技术史学会物理学史专委会委员，世界传统射箭联合会亚洲区主席、内蒙古自治区射箭协会副会长。曾主持国家自然科学基金项目、国家社科基金冷门绝学研究专项等。

冯书静，中国科协创新战略研究院—清华大学博士后，北京科技大学工学博士，内蒙古师范大学理学硕士，2018年于英国伯明翰大学国际遗产中心访学，2021年获中国博士后科学基金第70批面上资助。主要研究科技史、工业遗产和工业考古，曾在《自然辩证法通讯》等期刊发表学术论文十余篇。

来源：科学人文在线