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指南针的发明

[2007/7/26]
中国古代四大发明之一。利用磁铁在地球磁场中的南北指极性而制成的一种指向仪器,有多种形体。战国时期,已发现磁石吸铁的现象,并用天然磁石制造“司南之勺”,“其柄指南”。此后,经过长时期的实践,发现人工磁化的方法,造成更高一级的磁性指向仪器。宋代科学家沈括首先记载了地磁偏角,说用天然磁石摩擦钢针,使之磁化成为磁针,可以指南,而常微偏东,并介绍了四种支挂磁针的方法:一是浮于水面,二是放在指甲上,三是放在碗沿上,四是线缕悬挂(见彩图缕悬法指南针 据沈括记载复制模型)。宋军中配备指南鱼,是将薄铁叶剪成鱼形而磁化,用于阴天和黑夜判断行军方向。后来又发展成磁针和方位盘联成一体的罗经盘,即罗盘。曾三异在《因话录》中记载当时有“地螺”,“或有子午正针,或用子午、丙壬间缝针”。这种地罗还是一种水罗盘。当时,阴阳家用地罗看风水。在清丈田地和判决土地诉讼时,也使用地罗。据《萍洲可谈》、《宣和奉使高丽图经》、《诸蕃志》和《梦粱录》记载,至晚在北宋后期,指南针已用于航海,南宋时,使用“针盘”导航。这种针盘还使用“浮针”,这对于海上交通的发展,中外经济文化交流,起了极大作用。

最早的“指南针” 战国时代,我国人民利用磁铁造成了一种指示方向的工具,叫“司南”。“司南”就是指南的意思。 司南的形状和现在的指南针完全不同。它是根据我国古代的勺子的形状制成的,很象我们现在用的汤匙。

司南是怎样制成的呢?古书上缺少详细的记载,又没有实物留下来,所以我们没有办法知道它的准确形状。根据专家们的研究,司南大约是把整块的天然磁铁,轻轻地琢磨成勺子的形状,并且把它的S极琢磨成长柄,使重心落在圆而光滑的底部正中。

司南做好以后,还得做一个光滑的底盘。使用的时候,先把底盘放平,再把司南放在底盘的中间,用手拨动它的柄,使它转动。等到司南停下来,它的长柄就指向南方,勺子的口则指向北方。

司南的底盘是用青铜做的,有的是个涂漆的木盘,青铜和漆器都比较光滑,磨擦的阻力比较小,司南转动起来很灵活。这种底盘内圆外方,四周还刻有表示方位的格线和文字。现在的出土文物中,就有这样的铜盘和涂漆的木盘;还有东汉时候的一幅石刻,刻着一个小勺子放在一个小方台上,有人认为这就是司南。

司南是世界上最早的“指南针”。战国时候,有人去采玉,怕在荒山中迷路,就带上司南。 司南必须放在光滑的底盘上旋转,底盘还必须放平,否则就会影响它指南的作用,甚至会使它从底盘上滑下来。因此,人们发明司南以后,又继续不断地研究改进指南的工具。
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指南鱼 公元九六零年,宋太祖建立宋朝,结束了五代十国时期的封建割据局面。北宋时候,农业、手工业和商业都有了新的发展。在这个基础上,我国的科学技术获得了辉煌的成就。宋朝时候,我国在指南针的制造方面,跟造纸法和印刷术一样,也有很大的发展。

大约在北宋初年,我国又创制了一种指南工具——指南鱼。
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当时有一部有名的军事著作,叫《武经总要》,其中说:行军的时候,如果迂到阴天黑夜,无法辨明方向,就应当让老马在前面带路,或者用指南车和指南鱼辨别方向。《武经总要》这部书是在北宋仁宗庆历四年(公元一零四四年)以前写成的。这就是说,在那个时候,我国已经有指南鱼,并且把它应用到军事方面去了。
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指南鱼用一块薄薄的钢片做成,形状很象一条鱼。它有两寸长、五分宽,鱼的肚皮部分凹下去一些,使它象小船一样,可以浮在水面上。

钢片做成的鱼没有磁性,所以没有指南的作用。如果要它指南,还必须再用人工传磁的办法,使它变成磁铁,具有磁性。

关于怎样进行人工传磁,《武经总要》没有明白的记载,但是它指出,指南鱼要用“密器收之”,也就是说,要拿一个密封的合子藏起来。根据这一点来看,当时的人工传磁法大约是这样的:把钢片做的鱼和天然磁铁放在同一个密封的 合子里,使它们接触,时间久了,钢片做的鱼就也会具有磁性,变成磁铁。

原来,不管磁化或者没有磁化的钢铁里面,每一个分子都是一根“小磁铁”。没有磁化的钢条,它的分子毫无次序地排列着,“小磁铁”的磁性都互相抵消了。磁化了的钢条,所有的“小磁铁”都整整齐齐地排列着,同性的磁极朝着一个方向,不用说,整个钢条就具有磁性了。如果拿一块磁铁,紧紧擦着一根没有磁化的钢条,老是从这一头向另一头移动,那么,由于磁铁的吸力,普通钢条中的分子也都顺着一个方向排列起来,这样,就完成“传磁”的工作了。《武经总要》上讲到的“密器收之”,可能就是指这种人工传磁方法。

我国人民发明用人造磁铁做指南鱼,这是一个很大的进步。这说明我国人民在九百多年前就已具有相当丰富的磁铁知识了。

使用指南鱼,比使用司南要方便,它不需要再做一个光滑的铜盘,只要有一碗水就可以了。盛水的碗即使放得不平,也不会影响指南的作用,因为碗里的水面是平的。而且,由于液体的摩擦力比固体小,转动起来比较灵活,所以它比司南更灵敏,更准确。

当时不但有钢片做的指南鱼,还有用木头做的指南鱼和指南龟。宋代《事林广记》记载了用木头做指南鱼的方法:用一块木头刻成鱼的样子,象手指那样大,在鱼嘴往里挖一个洞,拿一条磁铁放在里面,使它的S级朝外,再用蜡封好口。另外用一根针从鱼口里插进去,室南鱼就做好了。把指南鱼放到水面上,鱼嘴里的针就指向南方。

指南龟也是用木头刻成的,放磁铁的办法和木头指南鱼一样,插在尾部。指南龟不放在水里,人们在它的肚子下面挖一个洞,把它装在光滑的竹钉上面,使它便于自由转动,它尾部的那根针,也会自动指向南方。
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这种木头指南鱼和指南龟,很可能是一些懂得方术的方士创造的,做成以后只是用来变戏法。所以《事林广记》的作者,把它们当作《神仙幻术》了。
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