中国古代力学认识新探——以对大地稳定机制、“功”的计量、运动问题及转动现象的认识为例

摘要

作为中国古代物理学的重要组成部分，中国古代力学具有独特的知识系统和认识方法。本文分析了自先秦至清代中期，古代学者关于大地稳定机制、“功”的计量、运动学问题的解答、转动现象的认识，主要包括以下内容:
　　第一，梳理了传统文化框架下和西方天文学影响下，古代学者对大地稳定机制的论述和实物类比;指出古人通过描述生活中常见的物品可以浮在水或气中的现象，来论证其所支持的大地稳定机制，而即使是已经接受地圆观念的明清士人，也依然回归传统的气载大地说来解释大地的稳定机制。古人对大地稳定机制的类比论证多以验证观点为主，取材于生活中的实物，具有“述”而不“做”的特点。
　　第二，分析了中国古代搬运活动和其它活动中“功”的计量方法，指出古代搬运活动中的做功计量与近代物理中的做功计算，在计量对象、自变量的选取，以及对自变量间定量关系的处理上是一致的;在其它活动的做功计量中，古人需要综合考虑自变量是否可以定量表达、自变量的个数以及自变量之间的逻辑关系等多种条件，并在此基础上以折算、迭加、建立定量关系等方法处理自变量之间的关系，从而建立起变量与自变量之间的对应关系。
　　第三，以选自13本算书中的50个具有代表性的算题为例，系统地比较了它们的传统数学解法与近现代物理解法之间的异同，发现对于匀速运动问题，数学解法与物理解法基本上是一致的;对于一些比较复杂的匀变速运动和变加速运动问题，数学解法与物理解法则有本质的不同。由此反映了古人独特的物理认知方式和解决问题的方法。由于中国古人对运动现象的认知方式是数学性的，而非物理性的，因而未能提出一般性物理概念，提炼出一般性物理问题，长期停留在一个认识水平上，无法发展成一般的运动学理论。
　　第四，分析了古人对各种转动现象的定性描述和定量描述，发现古人的定性描述主要反映了其对于转动物体的线速度和角速度变化规律的一些朴素认识;古人的定量描述则反映了他们对于转动和平动的区别与联系的认识，以及对齿轮系改变速度大小和动力作用方向的一些基本认识。

目录

声明

摘要

绪论

1 选题意义与背景

2 前人研究综述

3 本文拟解决的问题

4 研究视角和思路

参考文献

第一章 古人对大地稳定机制的认识

1．1 对天地结构稳定性的早期思考

1．2 传统知识背景下关于大地稳定机制的主要论述

1．2．1 水载大地说

1．2．2 气载大地说

1．3 西方天文学影响下关于大地稳定机制的主要论述

1．3．1 “明清士人”关于大地稳定机制的理论表述

1．3．2 “明清士人”关于“脬丸之喻”的讨论

小结

参考文献

第二章 古人对“功”的计量

2．1 搬运活动中功的计量

2．1．1 运费计算中功的计量

2．1．2 徭役分派中功的计量

2．1．3 工程营造中“搬运功”的计量

2．2 其它活动中功的计量

2．2．1 一个自变量的用功计量

2．2．2 两个自变量的用功计量

2．2．3 多个自变量的用功计量

小结

参考文献

第三章 古人对匀速运动问题的解答

3．1 单体匀速运动问题

3．1．1 单体单一速度问题

3．1．2 单体多个速度问题

3．2 两体匀速运动问题

3．2．1 重车空车同程往返问题

3．2．2 追及问题

3．2．3 相遇问题

3．3 多体匀速运动问题

3．3．1 多体同速问题

3．3．2 多体相遇问题

3．3．3 多体追及问题

3．4 其它匀速运动问题

小结

参考文献

第四章 古人对变速运动问题的解答

4．1 匀变速运动问题

4．1．1 单体匀变速运动问题

4．1．2 两体匀变速运动问题

4．2 变加速运动问题

4．2．1 单体变加速运动问题

4．2．2 两体变加速运动问题

小结

参考文献

第五章 古人对转动现象的认识

5．1 对转动现象的定性描述

5．1．1 对生活中常见转动现象的定性描述

5．1．2 以磨、轮为喻对天体视运动的定性描述

5．2 对转动现象的定量描述

5．2．1 对生活器具转动的定量描述

5．2．2 对天转动的定量描述

小结

参考文献

结语

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果