? ? ? ?考古學(xué)家在山西發(fā)掘出土了一批石制箭頭，經(jīng)考定這批石制箭頭是距今兩萬(wàn)八千年的器物。這批石制箭頭告訴我們：中華民族的祖先在兩萬(wàn)年前，已發(fā)現(xiàn)并掌握某些材料具有在外力作用下發(fā)生形變且產(chǎn)生一定量的“內(nèi)應(yīng)力”，當(dāng)外力瞬間消失時(shí)，形變物體的“內(nèi)應(yīng)力”即刻轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的物理原理，并依此原理發(fā)明了可遠(yuǎn)程射殺獵物的先進(jìn)的“勞動(dòng)工具”和可隨身攜帶的“防身器”--弓箭。一旦發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)，“弓箭”又是冷兵器時(shí)代的重要武器。?
? ? ? ?中華民族的祖先在勞動(dòng)過(guò)程中不斷追求和提高對(duì)自己制造的工具及生產(chǎn)的器物的滿意度，由此形成了原始的質(zhì)量意識(shí)。弓箭發(fā)明以后，在使用的過(guò)程中他們不斷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，不斷進(jìn)行改進(jìn)。從弓的制造方面始終圍繞提高殺傷力，不斷尋求內(nèi)應(yīng)力更強(qiáng)的弓背和弓弦的材料，不斷改進(jìn)制作工藝，可以說(shuō)追求完美的過(guò)程實(shí)際是不斷制定新的更高的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)。在發(fā)明使用計(jì)量器具之前，采用以人體為計(jì)量器具的計(jì)量定性區(qū)別的方法對(duì)弓的質(zhì)量進(jìn)行判定已出現(xiàn)兩種指標(biāo)：第一項(xiàng)指標(biāo)是射程;第二項(xiàng)指標(biāo)是挽力。所謂射程是開弓放箭后，直接比較不同的弓射出的箭的行程遠(yuǎn)近;所謂挽力是通過(guò)人開弓射箭體驗(yàn)不同的弓的挽力強(qiáng)弱。因此“遠(yuǎn)與近”“強(qiáng)與弱”是以人體為計(jì)量器具對(duì)弓進(jìn)行定性區(qū)別的測(cè)量評(píng)定結(jié)論。?
? ? ? ?在我國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，《墨子卷十四?各城門第五十二》中有“木弩必射五十步以上”的記載。此記載說(shuō)明:我國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期已開始用測(cè)量弓的射程遠(yuǎn)近來(lái)衡量弓和弩的挽力強(qiáng)弱。以“步”作為計(jì)量單位對(duì)射程進(jìn)行計(jì)量定量分析，通過(guò)幾何量長(zhǎng)度量值的大小反映弓和弩的挽力大小的差異。“百步穿楊”即是以射程表示使用弓弩的射箭技能形成的成語(yǔ)。由此可見，測(cè)量弓弩的射程是中國(guó)古代衡量弓弩質(zhì)量由粗放的定性區(qū)別向科學(xué)的定量分析發(fā)展邁出的關(guān)鍵一步，也是探索用“挽力”定量分析的計(jì)量方法評(píng)價(jià)弓弩性能的新的起點(diǎn)。?
? ? ? ?此后，在我國(guó)興起了探索用“挽力”評(píng)價(jià)弓弩計(jì)量性能的計(jì)量實(shí)踐活動(dòng)。在一些史籍文獻(xiàn)中相繼出現(xiàn)了“斤”“鉤”“石”力值單位，表示弓弩“挽力”的說(shuō)法，如“三尺劍、六鈞弓”的對(duì)句,即是講弓的“挽力”為“六鈞力”。令人遺憾的是我們至今也沒有我國(guó)古代何人、何時(shí)發(fā)明的測(cè)量弓弩“挽力”的計(jì)量測(cè)量方法的第一手歷史資料。?
? ? ? ?現(xiàn)可查到的是，明崇禎十年(1637年),宋應(yīng)星所著《天工開物?第十五卷?佳兵?弧矢》一章中講述我國(guó)古代制造“弓”“箭”“弩’從選材開始的全部工藝和對(duì)弓弩的“挽力”計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)量方法為依據(jù)，使我們尋覓到在經(jīng)典力學(xué)牛頓定律產(chǎn)生之前,我國(guó)開展“挽力”計(jì)量的歷史足跡。?
? ? ? ?制弓的“挽力”標(biāo)準(zhǔn)如何劃分??
? ? ? ?《天工開物?第十五卷?佳兵?弧矢》中有記載:“凡造弓視人力強(qiáng)弱為輕重：上力挽一百二十斤，過(guò)此則為虎力，亦不數(shù)出；中力減十之二三；下力及其半。彀(gòu)滿之時(shí)，皆能中的。”?
? ? ? ?依此可見，明朝將弓的“挽力”分為四級(jí)，分別為：一級(jí)--虎力：挽力大于一百二十斤；二級(jí)--上力：挽力為一百二十斤；三級(jí)--中力：挽力為八十四斤至九十六斤；四級(jí)--下力：挽力為六十斤。?
? ? ? ?測(cè)量“挽力”的“測(cè)力計(jì)”及測(cè)量方法在《天工開物?第十五卷?佳兵?弧矢》中也有記載:“凡試弓力，以足踏弦就地，釋鉤搭掛弓腰，弦滿之時(shí)，推移秤錘所壓，則知多少。”?
? ? ? ?按照書中文字描述,“以足踏弦就地，秤鉤搭掛弓腰”“推移秤錘所壓，則知多少”可知測(cè)弓的“挽力”使用的計(jì)量器具是桿科。“以足踏弦就地,秤鉤搭掛弓腰”用秤鉤勾住弓腰向上提，即是用反拉弓的方法復(fù)現(xiàn)了挽力開弓的過(guò)程;此時(shí)，桿秤測(cè)量的量是弓的“內(nèi)應(yīng)力”。桿秤平衡,依據(jù)作用力等于反作用力原理可知“弓的內(nèi)應(yīng)力等于挽力”。所以，測(cè)量弓的挽力時(shí)桿秤是經(jīng)典的“直讀式測(cè)力計(jì)”。還有用秤鉤掛住弓腰，推移秤錘所壓即可直讀測(cè)量結(jié)果。按明朝時(shí)、桿秤直讀的計(jì)量單位為(明)斤，讀做“jin”，其表示的物理概念是經(jīng)典力學(xué)的“斤?力”。?
? ? ? ?在《天工開物?第十五?佳兵?弧矢》中作者給出了一幅題為“試弓定力”的圖示畫面。此畫面中，一人右手提一支桿秤(鉤秤)，秤鉤勾著被測(cè)之弓的弓弦，弓腰系在地面上的重物之上;左手做推秤砣進(jìn)行測(cè)量的姿勢(shì)。此圖所示的“試弓定力”方法與書中文字所述:“凡試弓力，以足踏弦就地，秤鉤搭掛弓腰,弦滿之時(shí)推移秤錘所壓，則知多少。”不完全相同。那到底是以秤鉤勾秤弦還是以秤鉤勾弓腰?是以足踏弓弦就地還是使弓腰系以重物?是以文字?jǐn)⑹鰹闇?zhǔn)還是以圖示為準(zhǔn)呢?經(jīng)分析普遍認(rèn)為這是作者給出了兩種使用桿秤測(cè)量弓的挽力的測(cè)量方法。第一種是按文字?jǐn)⑹龅臏y(cè)量過(guò)程，計(jì)量人員必須手腳并用，測(cè)量的結(jié)果以在桿秤上的讀數(shù)為準(zhǔn);第二種使用重物(固定量值砝碼)作為開弓的固定量值，其一，可省去人踏弓弦之操作，是減輕計(jì)量人員勞動(dòng)強(qiáng)度的做法，其二，使用固定量值的砝碼，可提高挽力測(cè)量的準(zhǔn)確度。?
? ? ? ?以此，我們可知：中華民族開創(chuàng)了用桿秤“試弓定力”及用“斤?力”表示力值的計(jì)量歷史。?
? ? ? ?在采用國(guó)際單位制之前，使用“米?公斤?秒制”將使一千克質(zhì)量的物體產(chǎn)生一米每秒平方加速度的力稱為一牛頓;使用“厘米?克?秒制”將使一克質(zhì)量的物體產(chǎn)生一厘米每秒平方加速度的力稱為一達(dá)因。1901年，第三屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)依據(jù)國(guó)際公斤原器在重力加速度為9.80665 米每秒平方所表現(xiàn)的重力，稱之為“重力加速度標(biāo)準(zhǔn)值”。隨后即形成一公斤力等于9.80665牛頓，或一牛頓等于 0.10197162公斤力的實(shí)用計(jì)量單位。1985年，我國(guó)采用國(guó)際單位制，力值計(jì)量單位由“公斤力”改為“牛頓”。?
? ? ? ?按明末宋應(yīng)星著《天工開物》發(fā)行于1637年計(jì)算，我國(guó)發(fā)明使用桿秤測(cè)量弓的挽力，開創(chuàng)使用“斤力”計(jì)量單位比1901年確定使用“公斤力”早 260多年。?
? ? ? ?按明朝一斤等于596.8克計(jì)算：虎力之弓的挽力超過(guò)71.6公斤力，折合701.68牛頓;上力之弓挽力在71.6公斤力，折合701.68牛頓：中力之弓挽力在(50.13~57.29)公斤力,折合(491.27~561.44)牛頓:下力之弓挽力為 35.8公斤力，折合 350.84牛頓。 “試弓定力”的文獻(xiàn)證明了我國(guó)古代發(fā)明、使用桿秤作為質(zhì)量計(jì)量器具之后，依據(jù)桿秤的計(jì)量原理，最晚在明代已經(jīng)將其開發(fā)成“直讀式測(cè)力計(jì)”。
? ? ? ?“試弓定力”是中國(guó)古代開展測(cè)力計(jì)量的典型項(xiàng)目。《天工開物?第十五?佳兵?弧矢》所載內(nèi)容是集我國(guó)古代弓弩生產(chǎn)的工藝、質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品質(zhì)量計(jì)量檢測(cè)為一體的技術(shù)文件。
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