在新石器时代的汲水器设计中已巧妙地运用了液体重心的原理。在西安半坡村的原始公社遗址中(距今约6100~6700年)出土的陶器,有一种外形呈流线形,口小,短颈,鼓腹,尖底,腹侧有双耳的陶罐,大者高60厘米,小者高20厘米。经研究和实验,确定这是一种汲水用的器具,有人称之为甀①。见图2-9。
在新石器时代的汲水器设计中已巧妙地运用了液体重心的原理。在西安半坡村的原始公社遗址中(距今约6100~6700年)出土的陶器,有一种外形呈流线形,口小,短颈,鼓腹,尖底,腹侧有双耳的陶罐,大者高60厘米,小者高20厘米。经研究和实验,确定这是一种汲水用的器具,有人称之为甀①。见图2-9。
之所以将汲水罐做成尖底,是因为这种罐重心较高,系绳入水后,受水的浮力,水罐必然倾倒,水即从罐口涌入。进水后的罐,重心随之下降,罐身慢慢直立;由于重心低,提出水罐的过程也因而变得很平稳而不致倾洒。这种小口尖罐的设计体现了深刻的力学原理,即重心和定倾中心的相对位置与浮力稳定性的关系。①六千多年前,古人在长期的生产和生活实践中,已成功地制造了符合浮体重心力学原理的器具。见图2-10。
① 石志廉,谈谈尖底陶器——甀,文物,1961年,第3期,第10页。作者引用《淮南子?汜论训》“抱甀而汲”,将尖底罐定名为甀。同时作者指出:“在河南洛阳出土的汉代陶井上,所附的陶水斗,也是作大腹尖底的。”
春秋时代见于记载的宥卮(又称敧器、宥坐器)是运用液体重心原理的另一器物。宥通右,宥坐器就是放在座位右边的器具,是一种和座右铭作用相同的警示性的器物。相传孔子(前551一前479)和其弟子参观鲁桓公庙时曾见到这种器物。孔子询问其名称,守庙人告诉他,这是宥坐之器。孔子曰:“吾闻宥坐之器者,虚则敧,中则正,满则覆。”②意思是说,宥坐之器平时是倾倒着的(敧)。
往其中注水后,盛水器皿的重心发生变化。当水太满时,宥坐之器将再度倾覆。孔子当场叫弟子实验,果然如此。于是孔子感慨道,“恶有满而不覆者哉”。“满招损,谦受益,时乃天道”,是最早见于《尚书?大禹谟》的对事物发展规律的总结,是历来为政者的箴言。宥坐之器是利用力学原理表现这一劝戒的形象器物。