1. 古代計算工具有哪些
有算籌、算盤。
1、算籌
根據史書的記載和考古材料的發現,古代的算籌實際上是一根根同樣長短和粗細的小棍子,一般長為13--14cm,徑粗0.2~0.3cm,多用竹子製成。
也有用木頭、獸骨、象牙、金屬等材料製成的,大約二百七十幾枚為一束,放在一個布袋裡,系在腰部隨身攜帶。需要記數和計算的時候,就把它們取出來,放在桌上、炕上或地上都能擺弄。
2、算盤
算盤,又作祘盤,珠算盤是我們祖先創造發明的一種簡便的計算工具,珠算盤起源於北宋時代,北宋串檔算珠。算盤是中國古代勞動人民發明創造的一種簡便的計算工具。
中國是算盤的故鄉,在計算機已被普遍使用的今天,古老的算盤不僅沒有被廢棄,反而因它的靈便、准確等優點,在許多國家方興未艾。
因此,人們往往把算盤的發明與中國古代四大發明相提並論,由於珠算盤運算方便、快速,幾千年來一直是中國古代勞動人民普遍使用的計算工具,即使現代最先進的電子計算器也不能完全取代珠算盤的作用。
聯合國教科文組織剛剛在亞塞拜然首都巴庫通過,珠算正式成為人類非物質文化遺產。這也是我國第30項被列為非遺的項目。
(1)古代自動裝置有哪些擴展閱讀:
1、算籌的計算規則
按照中國古代的籌算規則,算籌記數的表示方法為:個位用縱式,十位用橫式,百位再用縱式,千位再用橫式,萬位再用縱式等等(到搜狗可以查)這樣從右到左,縱橫相間,以此類推,就可以用算籌表示出任意大的自然數了。
由於它位與位之間的縱橫變換,且每一位都有固定的擺法,所以既不會混淆,也不會錯位。毫無疑問,這樣一種算籌記數法和現代通行的十進位制記數法是完全一致的。
2、算盤的計算規則
從右往左分別是個,十,百,千,萬,十萬,以此類推。最右邊第一豎排,下面五個珠子代表一二三四五。當到五時,就撥動上面一個珠子。下面一個珠子代表一。上面一個珠子代表五。當第一豎排滿十了就進到十位。同理。後面也一樣。
參考資料來源:網路——算盤
參考資料來源:網路——算籌
2. 古代有哪些計時工具
圭表、刻漏、沙漏、水運儀象台、大明殿燈漏等。
1、圭表
圭表是古代漢族科學家發明的度量日影長度的一種天文儀器,圭表直立於平地上測日影的標桿和石柱,叫做表;
正南正北方向平放的測定表影長度的刻板,叫做圭。當太陽照著表的時候,圭上出現了表的影子,根據影子的方向和長度,就能讀出時間。
2、刻漏
刻漏引又稱漏刻﹑漏壺,是中國古代的漏水計時器。漏壺主要有泄水型和受水型兩類。早期的刻漏多為泄水型。水從漏壺底部側面流泄,使浮在漏壺水面上的漏箭隨水面下降,由漏箭上的刻度指示時間。
後來創造出受水型,水從漏壺以恆定的流量注入受水壺,浮在受水壺水面上的漏箭隨水面上升指示時間,提高了計時精度。
為了獲得恆定的流量,首先應使漏壺的水位保持恆定。其次,向受水壺注水的水管截面面積必須固定,水管採用「渴烏」(虹吸)原理,便於調整和修理。
3、沙漏
因刻漏冬天水易結冰,故有改用流沙驅動的。《明史·天文志》載明初詹希元創造了「五輪沙漏」。後來周述學加大了流沙孔,以防堵塞,改用六個輪子。
宋濂(1310~1381)著《宋學士文集》記載了沙漏結構,有零件尺寸和減速齒輪各輪齒數,並說第五輪的軸梢沒有齒,而裝有指示時間的測景盤。
4、水運儀象台
水運儀象台是北宋時期蘇頌、韓公廉等人發明製造的以漏刻水力驅動的,集天文觀測、天文演示和報時系統為一體的大型自動化天文儀器。
標志著中國古代天文儀器製造史上的高峰,被譽為是世界上的最早的天文鍾。
水運儀象台的構思廣泛吸收了以前各家儀器的優點,尤其是吸取了北宋初年天文學家張思訓所改進的自動報時裝置的長處;
在機械結構方面,採用了民間使用的水車、筒車、桔槔、凸輪和天平秤桿等機械原理,把觀測、演示和報時設備集中起來,組成了一個整體,成為一部自動化的天文台。
5、大明殿燈漏
大明殿燈漏是中國鍾表史上最為著名的計時儀器之一,由元代著名科學家郭守敬創制。
著名科技史專家英國李約瑟博士在研究了歐洲鍾表與中國宋代水運儀象台後,曾在他的《中國天文鍾》一文中斷言「中國天文鍾是歐洲中世紀天文鍾的直接祖先」。歐洲最早出現機械鍾是1320~1350年間。
它的工作原理屬漏水計時,而造型似宮燈,放置於皇宮的大明殿,所以稱之為大明殿燈漏。古文獻《元史 天文志》對它有專條記敘,試作今譯如下:
燈漏高一丈七尺(合今尺五米四),它的框架用金製作。上部有彎曲的梁,梁的中間是一顆雲珠,雲珠二側有象徵日月的球體,日在左,月在右,雲珠之下再懸有一顆珠子。這曲梁的兩端各裝有龍頭,龍的嘴能張合,龍的眼珠能轉動,用這樣的動作顯示燈漏內的水流是快了還是慢了。
曲梁的下面有一中梁,在中樑上,一左一右有兩條戲珠的龍,它們隨著珠子的下降或上升而俯仰,用這樣的姿態顯示燈漏內的水位是否適應運行的需要。
參考資料來源:網路——圭表
參考資料來源:網路——刻漏
參考資料來源:網路——沙漏
參考資料來源:網路——水運儀象台
參考資料來源:網路——大明殿燈漏
3. 中國古代的有轉輪的裝置,上面有水,在武俠片理我好像見過的那種。。
筒車來 灌溉用
筒車發明於隋而勝源於唐,距今已有1000多年的歷史。唐陳廷章在《水輪賦》示意圖
曰:「水能利物,輪乃曲成。升降滿農夫之用,低徊隨匠氏之程。始崩騰以電散,俄宛轉以風生。雖破浪於川湄,善行無跡;既斡流於波面,終夜有聲。」把它安裝在有流水的河邊上,因為挖有地槽,被引入地槽的急流推動木葉輪不停轉動,將地槽里的水通過竹筒提升到高處,倒入天槽流進農田中。這種靠水力自動的古老筒車,在家鄉鬱郁蔥蔥的山簡、溪流間構成了一幅幅遠古的田園春色圖,為中國古代人民傑出發明。http://ke..com/view/56590.htm
4. 中國古代的科學儀器有哪些
【生命科學】電泳儀/電泳槽 細胞樣品收集器 自動部分收集器/自動樣品采樣儀 PCR擴增儀/PCR熱循環儀 紫外檢測儀/紫外分析儀 液氮生物容器(液氮罐) 冷凍乾燥機(凍干機) 乾式恆溫器/恆溫混勻儀 血紅蛋白儀 核酸蛋白儀/酶標儀/生化分析儀 雪花製冰機 組織晶元制備儀/細胞程式控制降溫儀 動物人工呼吸機/溶劑過濾器 層析柱 微波化學反應器 移液器/移液槍/分液器 微孔板恆溫孵育器 氮氣吹掃儀
【光學儀器】可見分光光度計 紫外可見分光光度計 熒光分光光度計 紅外分光光度計 原子吸收分光光度計 光澤度儀(計) 旋光儀/圓盤旋光儀 火焰光度計 白度測定儀(白度計) 測色儀/色差儀/羅維朋比色計 應力儀 熔點測定儀/熔點儀 照度計/日照計/測光儀 紫外輻照計 光度計/光強計/亮度計 光電霧度計/透光率霧度測定儀 阿貝折射儀/棱鏡折射儀
【箱類器材】真空乾燥箱 鼓風乾燥箱 電熱恆溫乾燥箱 遠紅外乾燥箱(烘箱) 膠片乾燥箱 精密節能乾燥箱 黴菌培養箱 振盪培養箱 隔水式培養箱 電熱恆溫培養箱 光照培養箱 生化培養箱 人工氣候箱(培養箱) 恆溫恆濕箱 高低溫試驗箱(濕熱試驗箱) 鹽霧試驗箱 二氧化碳培養箱(CO2) 植物培養箱/植物生長箱 老化試驗箱 真空手套箱(惰性氣體操作箱) 電熱恆溫水箱 高溫燒結箱 定碳爐 低溫冷阱/半導體冷阱
【溫控儀表】電熱板/加熱板/控溫板 電熱套/加熱套/控溫套 箱式電阻爐(馬弗爐) 管式電阻爐/管式高溫爐 坩堝電阻爐/坩堝電爐 單管定碳爐/雙管定碳爐 封閉電爐/萬用電爐 恆溫水(油)浴/恆溫水槽 恆溫水浴鍋 低溫恆溫槽/低溫恆溫浴 控溫儀/溫控儀/溫度控制儀 電砂浴/電沙浴
【無損檢測】轉速表/頻閃儀 測振儀(振動監測儀/變送器) 機械故障檢測儀/機械故障聽診器 地下管道/管線探測檢漏儀 麥式真空計/壓力真空計/熱偶計/電阻計/復合計 泄漏檢測儀 電火花檢漏儀/電火花針孔檢測儀 現場動平衡儀 洗片機/觀片燈 超聲探傷儀 磁粉探傷儀 X射線探傷機 其它無損檢測設備 焊縫外觀檢測工具箱 表面粗糙度測量儀 紅外測溫儀 看譜鏡(驗鋼鏡) 黑白密度計 油質分析儀
【量具量儀】數顯卡尺 游標卡尺 帶表卡尺 千分表/百分表 千分尺 高度尺/深度尺 數顯萬能角度尺 扭矩測量儀/扭力測試儀 卡表/卡規 數顯標尺 管形測力計/管形拉力計/管形推力計 推拉測力計/拉壓測力計/拉力計
【除濕凈化】除濕機/抽濕機/吸濕機 超聲波清洗器 空氣凈化器 自動蒸餾水器/電熱蒸餾水器 滅菌器/蒸汽消毒器 臭氧消毒機 超凈工作台 消毒殺菌凈手器 電動氣溶膠噴霧器 純水機/超純水機 防潮櫃/防潮箱/氮氣櫃 不銹鋼存屍冷藏櫃
【常規設備】電動攪拌機 磁力攪拌器 研磨機/球磨機/沙磨機/平磨機 勻漿機/分散機/均質機/搗碎機 萬能粉碎機/中葯粉碎機/破碎機 錐形磨/膠體磨 恆溫搖床/脫色搖床/搖瓶櫃 振盪器/恆溫振盪器 旋渦混合器/梯度混合器 空氣壓縮機/無油空壓機 粉末壓片機(油壓機)/模具 切割機/鑲嵌機 拋光機/預磨機/磨拋機 定時器/定時計 旋轉蒸發器 層析實驗冷櫃 玻璃反應釜/真空恆溫反應器
【石化儀器】石油產品閃點和燃點試驗器 石油產品恩氏粘度計 石油產品密度試驗器 銅片/銀片/潤滑脂/液相腐蝕試驗器 石油產品蒸餾(餾程)試驗器 石油產品酸值/酸度試驗器 石油產品灰分測定儀/色度測定儀 石油產品水分試驗器 石油產品硫含量試驗器 機械雜質/殘留物/殘炭/沉澱物測定儀 石油產品運動粘度測定器 傾點/濁點/冰點/凝點/冷濾點試驗器 抗泡沫特性/抗乳化性能試驗器 潤滑脂滴點試驗器 飽和蒸汽壓試驗器/實際膠質試驗器 原油中蠟含量測定儀 氧化安定性測定儀 潤滑油蒸發損失測定儀 液體石油采樣器/取樣器 絕緣油耐壓測定儀 絕緣油體積電阻率測定儀 潤滑油空氣釋放值測定儀 萘結晶點試驗器/苯胺點試驗器
【葯檢儀器】切片機 澄明度檢測儀 片劑多用測定儀(硬度.脆碎度.崩解度.溶出度) 葯物光照試驗儀 制丸機 細菌內毒素檢查儀 葯物透皮擴散試驗儀 葯物溶出度儀 片劑脆碎度測定儀 微機熱原測溫儀 崩解時限測定儀(崩解儀) 包衣機/小型包衣機
【塗料儀器】塗料比重杯 漆膜附著力試驗儀/劃格試驗儀 建築塗料耐洗刷儀/磨耗儀 粒子細度試驗儀(刮板細度計) 三輥機/平磨機 塗膜器/成膜器 乾燥性能試驗儀 柔韌性測試儀(杯突試驗儀/彎曲試驗儀/彈性試驗器) 樣品雜質分析儀 漆膜沖擊試驗機 目視比色箱/鐵鑽比色計
5. 古人對自動控制的貢獻有哪些
自動控制(automatic control)是指在沒有人直接參與的情況下,利用外加的設備或裝置,使機器、設備或生產過程的某個工作狀態或參數自動地按照預定的規律運行。自動控制是相對人工控制概念而言的。
最早的自動化控制要追溯到我國古代的自動化計時器和漏壺指南車,而自動化控制技術的廣泛應用則開始於歐洲的工業革命時期。英國人瓦特在發明蒸汽機的同時,應用反饋原理,於1788年發明了離心式調速器。當負載或蒸汽量供給發生變化時,離心式調速器能夠自動調節進氣閥的開度,從而控制蒸汽機的轉速。
在現代科學技術的眾多領域中,自動控制技術起著越來越重要的作用。自動控制是指在沒有人直接參與的情況下,利用外加的設備或裝置(稱控制裝置或控制器),使機器,設備或生產過程(統稱被控對象)的某個工作狀態或參數(即被控制量)自動地按照預定的規律運行。
自動控制理論是研究自動控制共同規律的技術科學。它的發展
配電自動化
初期,是以反饋理論為基礎的自動調節原理,主要用於工業控制,二戰期間為了設計和製造飛機及船用自動駕駛儀,火炮定位系統,雷達跟蹤系統以及其他基於反饋原理的軍用設備,進一步促進並完善了自動控制理論的發展。
6. 我國古代都有哪些奇妙的「高科技」令人嘆為觀止
7. 古人用的水鍾有哪些類型
根據等時性原理滴水記時有兩種方法,一種是利用特殊容器記錄把水漏完的時間(泄水型),另一種是底部不開口的容器,記錄它用多少時間把水裝滿(受水型)。
中國的水鍾,最先是泄水型,後來泄水型與受水型同時並用或兩者合一。自公元85年左右,浮子上裝有漏箭的受水型漏壺逐漸流行,甚至到處使用。
(7)古代自動裝置有哪些擴展閱讀:
據埃及朝官阿門內姆哈特的墓誌銘記載,此人曾於公元前1500年前後發明了水鍾,一種"漏壺"。容器內的水面隨著水的流出而下降,據此測出過去了多少時間。這類時鍾對祭司特別有用,因為夜裡他們需要了解時間,不致錯過在神廟內舉行宗教儀式和獻技活動的既定時刻。
精度不一的各類鍾表至少已在人世間存在了4000年。埃及人是最早進行此類嘗試的民族,他們製作過星鍾圖,用它來查看哪顆星星已經升起,然後計算夜間的時刻。後來,他們造出了為白天計時的影鍾,隨著日出合日落,一條橫桿的影子逐漸越過一串記號。
法老塞提一世於公元前1300年前後統治埃及,在他的陵墓中就曾發現一套製造影鍾的器械。日晷就是以這種簡單的影鍾為原形製作的。羅馬人對今天我們所熟知的那種日晷加以改進,甚至製造過攜帶型旅行用鍾。
8. 古代計時儀器有哪些
我國古代,人們發明了很多計時的方法或工具。有日晷、漏、圭表等等,充分體現了我國古代人民的智慧。現在,就讓我們一起來了解我國古代計時儀器吧。
古代計時儀器有哪些
圭表
是我國古代度量日影長度的一種天文儀器,
由“圭”和“表”兩個部件組成。直立於平地上測日影的標桿和石柱,叫做表;正南正北方向平放的測定表影長度的刻板,叫做圭。
日晷
日晷又稱“日規”,是我國古代利用日影測得時
刻的一種計時儀器。通常由銅制的指針和石制的圓盤組成。
漏刻
漏刻是我國古代一種計量時間的儀器。現存於北
京故宮博物院的銅壺漏刻是公元1745年製造的,最上面漏壺的水從雕刻精緻的龍口流出,依次流向下壺,箭壺蓋上有個銅人彷彿報著
箭桿,箭桿上刻有96格,每格為15分鍾,人們根據銅人手握箭桿處的標志來報告時間。
渾儀
渾儀是中國古代用於測量天體球面坐標的觀測儀
器。它是由一重重的同心圓環構成,整體看起來就像一個圓球。有資料表明,在公元前4世紀中葉,中國就已經使用渾儀觀測天象了,比
古希臘約早60年
太陽鍾
在歷史的長河中,天文學和計時學是相伴發展的,可以說有了天文學,也就有了計時學,計時儀器和天文儀器一樣,是經過漫長的發展歷程逐漸精確化的。最古老的計時儀器是土圭、圭表和日晷,其原理是通過太陽的投影和方位計時,一般通稱太陽鍾。
土圭
土圭是最古老的計時儀器,是一種構造簡單,直立的地上的桿子用以觀察太陽光投射的桿影,通過桿影移動規律、影的長短,以定冬至、夏至日。“尚書·堯典”中記述土圭始於堯帝時期,即公元前2357-2258年,史學界認為“堯典”不是堯時寫的,是周代史官根據傳聞編寫,後經春秋戰國(公元前7~2世紀)時儒家陸續補訂而成。因此我們可以認為,至遲在公元前7世紀掌管天地四時的官吏已使用土圭分出二分二至,確定一年為366天。到殷商時代(公元前1520~1030年)測時已達到相當高的精度,其干支記日法一直延用到今天。
圭表
由於土圭的構造簡單,不易掌握,所以逐漸發展為圭表。“隋書天文志”將圭表的創造追溯到公元6世紀:南北朝梁武帝天監年間(公元503~519年)祖(祖沖之之子)造八尺高的銅圭表,觀測圭上表影的長短,測訂時間。但1965年江蘇儀征東漢墓(公元25~220年)出土了一件青銅鑄的圭表,這說明圭表的創制和使用要早於記載幾百年。待到“元史·天文志”對圭表的形制、構造、材質都有詳盡的記述。
元初郭守敬按照圭表的原理在河南登封建立了高聳的觀星台,在大都(今北京)設置了圭表。明正統二年至七年(公元1437~1442年)在北京古觀象台建造圭表,清乾隆九年(公元1744年)重修並加以改進。古代圭表是用來判斷方向,測定季節,四季劃分和推算歷法,對農業生產發展起到重要作用。
日晷
日晷又稱晷儀,也是觀測日影記時的儀器,它與圭表的區別是:圭表的根據日影的長短判別方向測定季節、全年日數和冬至、夏至就在的日子,推算歷法等;日晷的應用,主要是根據日影的位置,以指定當時的時辰或刻數,是我國古代較為普遍使用的計時儀器,但在史籍中卻少有記載,現在史料中最早的記載是“漢書·律歷志·制漢歷”一節:太史令司馬遷建議共議“乃定東西,主晷儀,下刻漏”,而“漢書·藝文志”中列有晷書34卷,但僅存書名,而無內容。
“隋書·天文志”中記載了耿詢的成就,“觀測日晷和刻漏,是測天地正儀象的根本”。“明史·天文志”對日晷的形制,定時之法都有詳細的記載。較之圭表,它已復雜多了,可以說是一種真正的儀器了,發展到清代,不僅可以計時用,日晷本身已成為一件裝飾藝術品。
中國太陽鍾的歷史上,指極表或指極針的發現可上溯到公元前四世紀,而周漢之間的12時辰制是非常先進的,在公元前四世紀以前已成為一種不變的時制。
唐代的赤道式日晷,是所有日晷中計時最准確的。後經阿拉件人或猶太人將其傳入西方,十七世紀時赤道式日晷風行於歐洲,人們稱它為“二分式日晷”。明末之後,中西各種日晷在社會上廣泛使用,種類之多,前所未有。山西姚喬林是十八世紀著名的日晷製作家,其流派遠播廣東。
總之,太陽鍾橫跨人類歷史數千年,在使用中不斷發展和進步,為社會的發展,科學技術的進步起到了推動的作用,不僅可以計時,而且能求得標准時間,甚至可以校對現代的鍾表。
日晷所測的是真太陽時或視太陽時,因為地球軌道偏心率以及地球傾角的影響,真太陽時和平太陽時是不一致的。因此,不依靠太陽測時的方法成為事實,而且更為重要。歐洲在十四世紀早期,機械鍾出現以前,主要靠日晷計時,而中國對水鍾或刻漏則十分重視,並發展成為一種文化,達到登峰造極的地步。為機械鍾表的誕生作了科學和技術上的准備。
水鍾
水鍾在中國又叫做“刻漏”,“漏壺”。根據等時性原理,滴水記時有兩種方法,一種是利用特殊容器記錄把水漏完的時間(泄水型),另一種是底部不開口的容器,另一種是底部不開口的容器,記錄它用多少時間把水裝滿(受水型)。中國的水鍾,最先是泄水型,後來泄水型與受水型同時並用或兩者合一。自公元85年左右,浮子上裝有漏箭的受水型漏壺逐漸流行,甚至到處使用。
從公元二世紀張衡的時代,到公元六世紀耿詢的時代,使表演用的渾天儀和天球儀轉動起來的水鍾技術孕育了早期機械鍾的出現。公元25年,一行和梁令瓚發明了擒縱機構,這種裝置實質上就是早期的機械時鍾,早於歐洲六個世紀。中國的渾儀在長期的發展過程中往往形式上是天文觀測儀器,而本質上是時鍾裝置,因為從張衡的時代起,天文技術人員一直想做一種緩慢放置的齒輪,以便達到與天上的周日視運動步調一致。
公元725年一行和梁令瓚實質上解決了這一難題,因此,皇室對設在宮中放置不停的天球(天文鍾)感興趣是毫不奇怪的。
公元1088~1090年,蘇頌和他的同事們在開封建立的水運儀像台是機械時鍾和觀測用渾儀的完美結合,在原理上是成功的,因此,可以說他比羅伯特、胡克先行六個世紀,比方和斐先行七個半世紀。
香篆鍾
水鍾盡管是有發展前途的,但是古人仍在廣泛的領域進行不竭探索,在某些情況下,也可能有其他較水鍾更為准確的計時方法,據宋代學者薛季宣說,除日晷刻漏之外,有一種香篆鍾於十二世紀中葉在中國流行。荷蘭高羅培著“狄仁傑斷案傳奇”中,記述了唐宮計時用的香篆鍾為梅花形黃銅盤,盤子內梅花五瓣,各繚繞著一圈盤香,用以計時焚薰,稱為“五孕祥雲”。
沙漏
沙漏也叫做沙鍾,是一種測量時間的裝置。西方沙漏由兩個玻璃球和一個狹窄的連接管道組成的。通過充滿了沙子的玻璃球從上面穿過狹窄的管道流入底部玻璃球所需要的時間來對時間進行測量。一旦所有的沙子都已流到的底部玻璃球,該沙漏可以被顛倒以測量時間了,一般的沙漏有一個名義上的運行時間1分鍾。
古代計時單位是什麼
西方古代計時器:
1.地平式日晷計時器(早期出現在古代希臘)
2.傅科擺計時器(早期出現在歐洲)
西方古代的計時方法:1.沙漏計時
古代計時單位有:
剎那、念、瞬、彈指、羅預、須臾。
一剎那為一念,二十念為一瞬,二十瞬為一彈指,二十彈指為一羅預,二十羅預為一須臾,一日一夜為三十須臾。
根據印度《僧只律》中記載:“剎那者為一念,二十念為一瞬,二十瞬為一彈指,二十彈指為一羅預,二十羅預為一須臾,一日一夜為三十須臾。”據此可以推算:一天一夜以24小時計的話,有480萬個“剎那”,24萬個“瞬間”,1.2萬個“彈指”,600個“羅預”,30個“須臾”。一晝夜有1440分=86400秒,一“須臾”等於48分鍾=2880秒,一“羅預”等於2.4分鍾=144秒,一“彈指”為7.2秒,一“瞬間為0.36秒,“一剎那”為0.018秒。
9. 我國古代有哪些簡單機械說說他們的原理。
一、漢唐以來的耕犁
我國很早就發明了耒耜,用耒耜來翻整土地,播種莊稼,進行農業生產。隨著生產的發展,耒耜發展成犁。不過在戰國時期以前,人們使用的只是石制、木製、骨制和少量的銅制整地工具。後來由於牛耕的出現和冶鐵業的興起,戰國時期便出現了鐵制的耕犁,河北易縣燕下都遺址和河南輝縣都出土過戰國時期的鐵犁鏵。鐵犁鏵的發明是一個了不起的成就,它標志著人類社會發展的新時期,也標志著人類改造自然的斗爭進入一個新的階段。
漢代大力推廣先進的生產工具和耕作方法,耕犁也得到了進一步的發展,並且在全國各地廣泛使用。解放後出土的一百多件漢代的鐵犁中,有鐵口犁鏵、尖鋒雙翼犁鏵、舌狀梯形犁鏵,還有大型的犁鏵。從山西平陸等地漢墓中出土的幾幅犁耕圖中,可以看出漢代耕犁的構造形式。當時的耕犁是鐵制的犁鏵,已經有犁壁的裝置。山東安丘、河南中牟和陝西西安、咸陽、禮泉等地都有漢代鐵犁壁出土。犁壁的發明是耕犁的一個重大發展。沒有犁壁的耕犁達不到碎土鬆土起壠作畝的目的,還必須靠鋤類和鏟類農具的幫助才行;有了犁壁就能翻土碎土,犁壁有一定的方向,向一側翻轉土垡,把雜草埋在下面作肥料,同時還有殺蟲的作用。歐洲的耕犁直到公元十一世紀才有犁壁的記載,我國至遲到漢代就有了犁壁的裝置,比歐洲要早近一千年。漢代耕犁的木質部分由犁轅、犁梢(犁柄)、犁底(犁床)、犁箭、犁橫等部件組成。由此可以看出,漢代的耕犁已經基本定型,它除了有先進的犁壁裝置外,還有能調節耕地深淺的犁箭的裝置。漢代的犁有雙轅和單轅的,基本上是二牛抬扛式的。由於是直轅長轅犁,耕地的時候,回頭轉彎都不夠靈活,起土費力,效率也不很高。盡管這樣,它比戰國時期的耕犁已經有了很大的進步。
唐代,陸龜蒙的《耒耜經》詳細記述了當時耕犁的部件、尺寸和作用。這種犁的構造是由金屬製造的犁鑱和犁壁,以及由木材製造的犁底、壓鑱、策(é)、犁箭、犁轅、犁梢、犁評、犁建、犁槃等十一個部件組成。這些部件都各有特殊的功能和合理的形式。犁壁在犁鑱之上,它們是成一個曲面的復合裝置,用來起土翻土的;犁底和壓鑱把犁頭緊緊地固定下來,增強犁的穩定性;策是捍衛犁壁的;犁箭和犁評是調節犁地深淺的裝置,通過調整犁評和犁箭,使犁轅和犁床之間的夾角張大或縮小,這樣就使犁頭深入或淺出;還可以通過犁梢來掌握耕地的寬窄;它的犁轅是短轅曲轅,轅頭又有可以轉動的犁槃,牲畜是用套耕索來挽犁的。整個耕犁是相當完備、相當先進的,也很輕巧,耕地的時候回頭轉彎都很靈便,而且入土深淺容易控制,起土省力,效率比較高。
陸龜蒙所敘述的耕犁是中國耕犁發展到比較完備階段的典型,它的構造要比秦漢時期的犁完備和復雜得多,和現代的耕犁基本相同。這是廣大勞動人民在長期的生產斗爭實踐中不斷摸索創造的成果,是勞動人民智慧的結晶。
宋元以後,耕犁的形式更加多樣化,各地創造了很多新式的耕犁。南方水田用犁鑱,北方旱地用犁鏵,耕種草莽用犁鎊,開墾蘆葦蒿萊等荒地用犁刀,耕種海堧地用耬鋤。
根據史料記載,在整個古代社會,我國耕犁的發展水平一直處於世界農業技術發展的前列。
二、漢代的播種機——三腳耬
我國在戰國時期就有了播種機械。漢武帝的時候,趙過在一腳耬和二腳耬的基礎上,創造發明了能同時播種三行的三腳耬。一頭牛拉著,一人牽牛,一人扶耬,一天就能播種一頃地,大大提高了播種效率。漢武帝曾經下令在全國范圍里推廣這種先進的播種機。
漢代三腳耬復原模型,現在陳列在中國歷史博物館里。它的構造是這樣的:下面三個小的鐵鏵是開溝用的,叫做耬腳,後部中間是空的,兩腳之間的距離是一壠。三根木製的中空的耬腿,下端嵌入耬鏵的銎里,上端和子粒槽相通。子粒槽下部前面由一個長方形的開口和前面的耬斗相通。耬斗的後部下方有一個開口,活裝著一塊閘板,用一個楔子管緊。為了防止種子在開口處阻塞,在耬柄的一個支柱上懸掛一根竹簽,竹簽前端伸入耬斗下部系牢,中間縛上一塊鐵塊。耬兩邊有兩轅,相距可容一牛。後面有耬柄。
播種前,要根據種子的種類、子粒的大小、土壤的干濕等情況,調節好耬斗開口的閘板,使種子在一定的時間流出的多少剛好合適。然後把要播種的種子放入耬斗里,用牛拉著,一人牽牛,一人扶耬。扶耬人控制耬柄的高低,來調節耬腳入土的深淺,同時也就調整了播種的深淺,一邊走一邊搖,種子自動地從耬斗中流出,分三股經耬腿再經耬鏵的下方播入土壤。在耬後邊的木框上,用兩股繩子懸掛一根方形木棒,橫放在播種的壠上,隨著耬前進,自動把土耙平,把種子覆蓋在土下,這樣一次就把開溝、下種、覆蓋的任務完成了。再另外用砘子壓實,使種子和土緊密地附在一起,發芽生長。
現代最新式的播種機的全部功能也不過把開溝、下種、覆蓋、壓實四道工序接連完成,而我國兩千多年前的三腳耬早已把前三道工序連在一起由同一機械來完成。在當時能夠創造出這樣先進的播種機,確實是一項很重大的成就。這是我國古代在農業機械方面的重大發明之一。
三、灌溉機械——龍骨水車
龍骨水車是我國古代最著名的農業灌溉機械之一。龍骨車,古書上都叫翻車,據《後漢書》記載,這一灌溉機械是東漢末年發明的。最初是利用人力轉動輪軸灌水,後來由於輪軸的發展和機械製造技術的進步,發明了以畜力、風力和水力作為動力的龍骨水車,並且在全國各地廣泛使用。根據動力的不同,龍骨水車有下列幾種。
人力龍骨水車是以人力做動力,多用腳踏,也有用手搖的。元代《王禎農書》和清代麟慶的《河工器具圖說》中關於龍骨車的敘述比較詳細。它的構造除壓欄和列檻樁外,車身用木板作槽,長二丈,寬四寸到七寸不等,高約一尺,槽中架設行道板一條,和槽的寬窄一樣,比槽板兩端各短一尺,用來安置大小輪軸。在行道板上下,通周由一節一節的龍骨板葉用木銷子連結起來,很像龍的骨架一樣,所以名叫龍骨車。在上端的大軸的兩端,各帶四根拐木,作腳踏用,放在岸上的木架之間,人扶著木架,用腳踩動拐木,就帶動下邊的龍骨板葉沿木槽往上移動,把水刮上岸來,流入田間。龍骨板葉繞過上端大軸,又在行道板上邊往下移動,繞過下端的軸,重新刮水。這樣循環不已,水從低處源源不斷地被車上岸來。這就是龍骨車的構造和工作過程。
人力龍骨水車因為用人力,它的汲水量不夠大,但是凡臨水的地方都可以使用,可以兩個人同踏或搖,也可以只一個人踏或搖,很方便,深受人們的歡迎,是應用很廣的農業灌溉機械。
大約在南宋初年,龍骨水車有了新的發展,出現了用畜力做動力的龍骨水車,這是龍骨水車發展的一個新階段。它的水車部分的構造和前面講的相同,只是動力機械方面有了新的改進。在水車上端的橫軸上裝有一個豎齒輪,旁邊立一根大立軸,立軸的中部裝上一個大的卧齒輪,讓卧齒輪和豎齒輪的齒相銜接。立軸上裝一根大橫桿,讓牛拉著橫桿轉動,經過兩個齒輪的傳動,帶動水車轉動,把水刮上來。因為畜力比較大,能把水車上比較大的高度,汲水量也比較大。
在元代《王禎農書》上還有水轉龍骨水車的記載,可知這一機械的發明應該在《農書》成書之前,大約在元初,也有近七百年的歷史了。它的裝置,水車部分完全和以前的各種水車相同。它的動力機械裝在水流湍急的河邊,先樹立一個大木架,大木架中央豎立一根轉軸,軸上裝有上、下兩個大卧輪。下卧輪是水輪,在水輪上裝有若干板葉,以便借水的沖擊使水輪轉動。上卧輪是一個大齒輪,和水車上端軸上的豎齒輪相銜接。把水車裝在河岸邊挖的一條深溝里,流水沖擊水輪轉動,卧齒輪帶動水車軸上的豎齒輪轉動,也就帶動水車轉動,把水從河中深溝里車上岸來,流入田間,灌溉莊稼。
如果水源比較高,可以作大的立式水輪,直接安裝在水車的轉軸上,帶動水車轉動,這樣可以省去兩個大齒輪。
在利用流水作動力的灌溉機械上應用了一對大的木齒輪,把水輪的轉動傳遞到水車的軸上,來帶動水車把水刮上來,進行灌溉,這是元代機械製造方面的一個巨大的進步,也是人們利用自然力造福於人類的一項重大成就。
四、先進的糧食加工機械——水碓和水磨
穀物收獲脫粒以後,要加工成米或面才能食用。我國古代在糧食加工方面發明了不少機械,如磨、碾、碓、扇車、羅等,後來又發明了用水力做動力的水碓和水磨,這些機械效率高,應用廣,是農業機械方面的重要發明。
水碓是利用水力舂米的機械,在西漢末年就出現了,漢代桓譚(約前23—後50)的《桓子新論》里有關於水碓的記載。
水碓的動力機械是一個大的立式水輪,輪上裝有若干板葉,輪軸長短不一,看帶動的碓的多少而定。轉軸上裝有一些彼此錯開的撥板,一個碓有四塊撥板,四個碓就要十六塊撥板。撥板是用來撥動碓桿的。每個碓用柱子架起一根木桿,桿的一端裝一塊圓錐形石頭。下面的石臼里放上准備要加工的稻穀。流水沖擊水輪使它轉動,軸上的撥板就撥動碓桿的梢,使碓頭一起一落地進行舂米。利用水碓,可以日夜加工。
凡在溪流江河的岸邊都可以設置水碓。根據水勢的高低大小,人們採取一些不同的措施。如果水勢比較小,可以用木板擋水,使水從旁邊流經水輪,這樣可以加大水流的速度,增強沖動力。帶動碓的多少可以按水力的大小來定,水力大的地方可以多裝幾個,水力小的地方就少裝幾個。設置兩個碓以上的叫做連機碓,常用的都是連機碓,一般都是四個碓。
磨,最初叫磑,漢代才叫做磨,是把米、麥、豆等加工成面的機械。磨用兩塊有一定厚度的扁圓柱形的石頭製成,這兩塊石頭叫做磨扇。下扇中間裝有一個短的立軸,用鐵製成,上扇中間有一個相應的空套,兩扇相合以後,下扇固定,上扇可以繞軸轉動。兩扇相對的一面,留有一個空膛,叫磨膛,膛的外周製成一起一伏的磨齒。上扇有磨眼。磨面的時候,穀物通過磨眼流入磨膛,均勻地分布在四周,被磨成粉末,從夾縫中流到磨盤上,過羅篩去麩皮等就得到麵粉。磨有用人力的、畜力的和水力的。用水力作為動力的磨,大約在晉代就發明了。水磨的動力部分是一個卧式水輪,在輪的立軸上安裝磨的上扇,流水沖動水輪帶動磨轉動,這種磨適合於安裝在水的沖動力比較大的地方。假如水的沖動力比較小,但是水量比較大,可以安裝另外一種形式的水磨:動力機械是一個立輪,在輪軸上安裝一個齒輪,和磨軸下部平裝的一個齒輪相銜接。水輪的轉動是通過齒輪使磨轉動的。這兩種形式的水磨,構造比較簡單,應用很廣。
隨著機械製造技術的進步,後來人們發明一種構造比較復雜的水磨,一個水輪能帶動幾個磨同時轉動,這種水磨叫做水轉連機磨。《王禎農書》上有關於水轉連機磨的記載。這種水力加工機械的水輪又高又寬,是立輪,須用急流大水,沖動水輪。輪軸很粗,長度要適中。在軸上相隔一定的距離,安裝三個齒輪,每個齒輪又和一個磨上的齒輪相銜接,中間的三個磨又和各自旁邊的兩個磨的木齒相接。水輪轉動通過齒輪帶動中間的磨,中間的磨一轉,又通過磨上的木齒帶動旁邊的磨。這樣,一個水輪能帶動九個磨同時工作。