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古代中國如何探索飛行?

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中國的彎曲翼風箏
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人們發明創造的種種飛行機械,都為人類實現自由飛翔作出了先驅性探討,也奠定了人類飛行機械的諸多經驗基礎。木鳶、風箏和熱氣球,是人們最早成功製作的飛行器;飛車是直升飛機螺旋槳翼的鼻祖;陀螺與平衡環是近代航海、航空所必備的定向、定位和平衡裝置的雛形;而降落傘在今日已是升天登高的常用器械了。戰國時代,魯班與墨子都曾製造木鵲或木鳶。魯班製造了能飛行的木鳥,可能是木質風箏。到漢代,張衡又創造了飛行木鳥,魯班、墨子和張衡都曾經製造木質鳥形物,通過某種方法,使其在空中作短暫飛行。

 

漢代淮南王劉安的《淮南萬畢術》中記述了「艾火令雞子飛」。這是古代最早記述的類似熱氣球升空的嘗試。方法極簡單,但要有點訣竅。除了吸盡蛋汁外,還要將蛋殼烘乾。然後由小孔注入少許水,並以蠟封閉小孔。這樣,蛋殼在炎日下逐漸呈不穩狀態,逐漸變輕而終於浮飄空中。

 

風箏被世界航空界公認為最早的飛行器,初期名為紙鳶、紙鷂、風鳶,形狀似鳥。它在空中飛行受到三種力作用:重力、空氣動力和拉線張力,稍有氣流作用,它就上升。當風力微弱或無風時,它因重力而下降。放風箏者常拉緊線跑動,借助相對氣流運動而使風箏飄浮升空。風箏的發明迄今已有近二千多年的歷史了。它的起源,初與戰爭通訊有關,後成為宮中娛樂,再發展為平民百姓尤其是兒童的嬉玩之物。

 

晉代葛洪在《抱朴子》中記述了一種稱之為「飛車」的器械。所謂「飛車」,不少人認為它就是後來稱之為「竹蜻蜓」的兒童玩具。它的主要部件是一個加工成斜面或彎曲面的薄竹片,彎曲面類似向下吹風的風扇葉。竹片中央榫接一根直立軸,將繩帶以類似木工用的弓鑽方式絞扭在立軸上。拉動繩帶,竹片急速旋轉。旋轉着的竹片借其彎曲面造成的氣流而上升。在葛洪看來,這是高空中強烈的風或氣流,將飛車或竹蜻蜓的升空運動與強烈的氣流相聯繫,表明葛洪已有初步的空氣動力學知識。

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竹蜻蜓
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古代的陀螺一旦旋轉之後就不會倒下,而是沿一錐面運動。將陀螺裝在平衡環上就成為航空、航海必不可少的儀器,即陀螺儀表,或稱回轉儀。所謂「機環」,即其支架的軸心線為相互垂直、並活動接合的各層金屬環,無論平衡環整體如何運動,作為其重心與中心的灰盂總能保持其原有的位置狀態。撐開傘具、增大空氣阻力、降低落體速度,這是跳傘運動的基本物理原理。古代人據經驗知道,從高處跳落時,手持張開的傘具,可以安然無恙。進一步顯示出,當時的人已懂得了降落傘的原理。

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古代陀螺及其回轉運動圖
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Last updated:
2019-12-03

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