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中國非物質文化遺產保護 ——四大發明之一(指南針)

發布時間2019-07-16 16:49:28 | 來源:中國推介網-國家外宣平臺

指南針概述

指南針是用以判別方位的一種簡單儀器。指南針的前身是中國古代四大發明之一的司南。主要組成部分是一根裝在軸上可以自由轉動的磁針。磁針在地磁場作用下能保持在磁子午線的切線方向上。磁針的北極指向地理的南極,利用這一性能可以辨別方向。常用于航海、大地測量、旅行及軍事等方面。

指南針的發明是我國勞動人民,在長期的實踐中對物體磁性認識的結果。由于生產勞動,人們接觸了磁鐵礦,開始了對磁性質的了解。人們首先發現了磁石引鐵的性質。后來又發現了磁石的指向性。經過多方的實驗和研究,終于發明了極具實用價值的指南針。

司南是我國春秋戰國時代發明的一種最早的指示南北方向的指南器,還不是指南針。

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早在兩千多年前漢(公元前206-公元220年),中國人就發現山上的一種石頭具有吸鐵的神奇特性,并發現一種長條的石頭能指南北,他們把這種石頭叫做磁石。古代的能工巧匠把磁石打磨鑿雕成一個勺形,磁石的南極(S極)磨成長柄,放在青銅制成的光滑如鏡的底盤上,再鑄上方向性的刻紋。這個磁勺在底盤上停止轉動時,勺柄指的方向就是正南,勺口指的方向就是正北,這就是我國祖先發明的世界上最早的指示方向的儀器,叫做司南。其中,“司”就是“指”的意思。

根據春秋戰國時期的《韓非子》書中和東漢時期思想家王充寫的《論衡》書中的記載,以及現代科學考石學家的考證和所制的司南模型,說明司南是利用天然磁石(古代稱慈石,用慈愛來描述磁石吸鐵現象)制成湯勺形,由其勺柄指示南方。而在春秋戰國時期的《管子》書中和《山海經》書中便有了關于慈石的記載,而在這一時期的《鬼谷子》書中和《呂氏春秋》書中還進一步有了慈石吸鐵的記載。這可以說是古代最早的磁指南針,現在北京的中國歷史博物館和其他地方的許多博物館都有司南的模型展出。這里要指出關于指南車的問題,歷史上傳說黃帝(約公元前47世紀)和西周周公(約公元前21世紀)曾制造和使用指南車,但是經過后來的文獻考證和模型制作試驗,都已證明指南車與指南針沒有關系,漢代以后的指南車是依靠機械結構,而不是依靠磁性指南的。現在北京的中國歷史博物館中也有指南車的模型展出。

司南必須放在光滑的底盤上旋轉,底盤還必須放平,否則就會影響它指南的作用,甚至會使它從底盤上滑下來。因此,人們發明司南以后,又繼續不斷地研究改進指南的工具。

指示方向原理

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地球是個大磁體,其地磁南極在地理北極附近,地磁北極在地理南極附近。

指南針在地球的磁場中受磁場力的作用,所以會一端指南一端指北。

而最早解答“指南針為何能夠指南”問題的并不是中國人,而是英國科學家吉爾伯特。

指南針的發展史

指南針也叫羅盤針,是我國古代發明的利用磁石指極性制成的指南儀器。因此,介紹司南必須從磁石說起。

磁石通常稱為“吸鐵石”,它把許多鐵屑緊緊吸在一起,就象一個慈祥的母親吸引自己的孩子,所以人們稱它為“慈石”。

磁石吸鐵是因為每塊磁石兩頭都有不同的磁極,一頭叫正極,另一頭叫負極。人類居住的地球也是一塊天然大磁鐵,地球的南北兩頭也有不同的磁極,地球的北極是負磁極,地球南極為正磁極。根據同性磁極相排斥,異性磁極相吸引的原理,拿一根可以自由轉動的磁針,無論站在地球的什么地方,它的正極總是指北,負極總是指南。

戰國時期,人們利用磁石指示南北的特性制成了指南工具──司南。但是,戰國時期的司南是什么樣子無法考證。《中國歷史》課本插圖──“司南”,是根據中國歷史博物館展品“漢代司南模型”繪制的。這個模型是后人根據史書記載以及地下出土的漢代地盤實物制成的。地盤是青銅做成的,內圓外方,中心圓面磨得非常光滑,以保證勺體指示方向的準確性。中心圓外圍依次布列八卦、天干、地支和二十八宿,共計二十四個方位。地盤中心的小勺是用整塊的天然磁鐵磨成的,磁鐵的正極磨成司南的長柄,勺頭底部是半球面,非常光滑。使用時先把地盤放平,再把司南放在地盤中間,用手撥動勺柄,使它轉動,等到司南停下來,勺柄所指方向就是南方。這種勺形司南直到八世紀時仍在應用。

到了宋代,勞動人民掌握了制造人工磁體的技術,又制造了指南魚。指南魚是把薄鋼片剪成魚形,長二寸,寬五分,魚的肚皮部分凹下去,使魚象船一樣能浮在水面上。然后把魚和天然磁鐵放在一起,由于磁體的吸力,鋼片受磁感應也具有磁性。這種人工傳磁方法制成的指南魚比使用司南方便多了,只要有一碗水,把指南魚放在水面上就能辨別方向了。經過長期的改進,人們又把鋼針在天然磁體上摩擦,鋼針也有了磁性。這種經過人工傳磁的鋼針可以說是正式的指南針了。沈括在他的《夢溪筆談》中提到他對指南針的用法做過四種試驗,即水浮法、縷懸法、指甲法和碗唇法。“水浮法”是把指南針放在有水的碗里,使它浮在水面上,指示方向。“縷懸法”就是在磁針中部涂上一些蠟,上面粘一根絲線,把絲線懸在木架上,針下安放一個標有方位的圓盤,靜止時鋼針就指示南北。“指甲法”就是把鋼針放在手指甲面上,輕輕轉動,由于手指甲的光滑,磁針就和司南一樣也能發生指南作用。“碗唇法”是把磁針放在光滑的碗邊上,轉動磁什,便和指甲法一樣發生指南作用。沈括經過精密的觀察實驗,還發現磁針指示的方向并不是正南正北,而是微偏西北和東南,這種發現在科學上叫磁偏角。

磁現象的發現

先秦時代我們的先人已經積累了許多這方面的認識,在探尋鐵礦時常會遇到磁鐵礦,即磁石(主要成分是四氧化三鐵)。這些發現很早就被記載下來了。《管子》的數篇中最早記載了這些發現:“山上有磁石者,其下有金銅。”其他古籍如《山海經》中也有類似的記載。磁石的吸鐵特性很早就被人發現,《呂氏春秋》九卷精通篇就有:“慈招鐵,或引之也。”那時的人稱“磁”為“慈”他們把磁石吸引鐵看作慈母對子女的吸引。并認為:“石是鐵的母親,但石有慈和不慈兩種,慈愛的石頭能吸引他的子女,不慈的石頭就不能吸引了。”據說秦始皇統一六國后,在咸陽附近修阿房宮,宮中有一座門是用磁石做成,如果有人身穿盔甲,暗藏兵器,入宮行刺,就會被磁石門吸住。這個故事告訴我們,古代勞動人民很早就掌握了磁學知識。

漢朝以前人們把磁石寫做“慈石”,是慈愛石頭的意思

既然磁石能吸引鐵,那么是否還可以吸引其他金屬呢?我國的先民做了許多嘗試,發現磁石不僅不能吸引金、銀、銅等金屬,也不能吸引磚瓦之類的物品。西漢的時候人們已經認識到磁石只能吸引鐵,而不能吸引其他物品。

當把兩塊磁鐵放在一起相互靠近時,有時候互相吸引,有時候相互排斥。現在人們都知道磁體有兩個極,一個稱N極,一個稱S極。同性極相互排斥,異性極相互吸引。那時的人們并不知道這個道理,但對這個現象還是能夠察覺到的。

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到了西漢,有一個名叫欒大的方士,他利用磁石的這個性質做了兩個棋子般的東西,通過調整兩個棋子極性的相互位置,有時兩個棋子相互吸引,有時相互排斥。欒大稱其為“斗棋”。他把這個新奇的玩意獻給漢武帝,并當場演示。漢武帝驚奇不已,龍心大悅,竟封欒大為“五利將軍”。欒大利用磁石的性質,制作了新奇玩意用以取悅漢武帝。

地球也是一個大磁體,它的兩個極分別在接近地理南極和地理北極的地方。因此地球表面的磁體,可以自由轉動時,就會因磁體同性相斥,異性相吸的性質指示南北。這個道理古人雖不明白,但這類現象他們看的很清楚。

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中國推介網·國家外宣平臺 編審;王占武

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