东方璀璨之光,司南发明指南针的故事

二四六好彩正版资料,指南针发明之前人类在茫茫大海中航行,常常会迷失方向,造成不可想象的后果,是中国人发明了指南针,使人类航行有了方向。指南针是用以判别方位的一种简单仪器。中国古代四大发明之一。主要组成部分是一根装在轴上可以自由转动的磁针。磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向上。磁针的北极指向地理的南极,利用这一性能可以辨别方向。常用于航海、大地测量、旅行及军事等方面。

朋友们,大家好!

指南针也叫罗盘针,是我国古代发明的利用磁石指极性制成的指南仪器。因此,介绍司南必须从磁石说起。

磁现象的发现

       
飞机在辽阔的天空中翱翔,轮船在无际的大海中航行,探险队在苍莽的森林中勘察,商旅们在浩瀚的沙漠中跋涉,他们是依靠什么来辨别方向的呢?

磁石通常称为吸铁石,它把许多铁屑紧紧吸在一起,就象一个慈祥的母亲吸引自己的孩子,所以人们称它为慈石。

先秦时代我们的先人已经积累了许多这方面的认识,在探寻铁矿时常会遇到磁铁矿,即磁石(主要成分是四氧化三铁)。磁石的吸铁特性很早就被人发现。既然磁石能吸引铁,那么是否还可以吸引其他金属呢?我们的先民做了许多尝试,发现磁石不仅不能吸引金、银、铜等金属,也不能吸引砖瓦之类的物品。西汉的时候人们已经认识到磁石只能吸引铁,而不能吸引其他物品。

     
大家也许会不约而同地说出同一答案:指南针。可你知道指南针是怎样发明的吗?你知道关于指南针,有许多使人难忘的故事吗?

磁石吸铁是因为每块磁石两头都有不同的磁极,一头叫正极,另一头叫负极。人类居住的地球也是一块天然大磁铁,地球的南北两头也有不同的磁极,地球的北极是负磁极,地球南极为正磁极。根据同性磁极相排斥,异性磁极相吸引的原理,拿一根可以自由转动的磁针,无论站在地球的什么地方,它的正极总是指北,负极总是指南。

当把两块磁铁放在一起相互靠近时,有时候互相吸引,有时候相互排斥。现在人们都知道磁体有两个极,一个称N极,一个称S极。同性极相互排斥,异性极相互吸引。同时地球也是一个大磁体,它的两个极分别在接近地理南极和地理北极的地方。因此地球表面的磁体,可以自由转动时,就会因磁体同性相斥,异性相吸的性质指示南北。这个道理古人不够明白,但这类现象他们很清楚。

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战国时期,人们利用磁石指示南北的特性制成了指南工具──司南。但是,战国时期的司南是什么样子无法考证。《中国历史》课本插图──司南,是根据中国历史博物馆展品汉代司南模型绘制的。这个模型是后人根据史书记载以及地下出土的汉代地盘实物制成的。地盘是青铜做成的,内圆外方,中心圆面磨得非常光滑,以保证勺体指示方向的准确性。中心圆外围依次布列八卦、天干、地支和二十八宿,共计二十四个方位。地盘中心的小勺是用整块的天然磁铁磨成的,磁铁的正极磨成司南的长柄,勺头底部是半球面,非常光滑。使用时先把地盘放平,再把司南放在地盘中间,用手拨动勺柄,使它转动,等到司南停下来,勺柄所指方向就是南方。这种勺形司南直到八世纪时仍在应用。

指南针的始祖司南

      相传在4000
多年前,在中国北方中原地区,黄帝和蚩尤大战于涿鹿之野,战斗持续了半年未有分出胜负。应该说,黄帝在这场战斗中能够取胜,因为他的部落是一个比较强大的部落,而且他代表着正义。但是,每当战斗即将胜利之时,总是有大雾迷漫山野,让人辨不出方向,所以总是前功尽弃。

     
黄帝决定派人探个究竟,这雾到底是怎么引起的。于是派一个重要将领随自己上山,侦察蚩尤部落的动静。黄帝等人到了山上后,各处山谷里全弥漫着悠悠昏霞,雾悄然独自上山,好像一个恶灵,寻找安息之处而不可得似的。粘湿而冷酷的雾缓缓飘来。只见,浪潮起伏,互相追逐,好像险恶的海面上的波涛。雾的密度封闭了所有景物,就在黄帝准备命令返营时,身边的大将突然发现了一个奇迹。

     
 黄帝随着大将手指的方向望去,只见在蚩尤的大营中,蚩尤正坐在祭坛上,身后幽燕,徐徐作雾,雾从他的口中吐出,慢慢飞出营外,萦绕着山川巨野。黄帝这才想起这不是自然界之雾,如想破掉雾,必须造出一样东酉,使人能够辨别方向,然后才可一举破之。

     
黄帝回营后,立即吩咐能工巧匠造指南车让指南车认出方向。在指南车造好后的一个黄昏,黄帝率领部落,大举进攻蚩尤。这时蚩尤再作雾也不灵了,黄帝部落在指南车的指引下,在迷雾中大败蚩尤,结果蚩尤残败,黄帝大胜。

到了宋代,劳动人民掌握了制造人工磁体的技术,又制造了指南鱼。指南鱼是把薄钢片剪成鱼形,长二寸,宽五分,鱼的肚皮部分凹下去,使鱼象船一样能浮在水面上。然后把鱼和天然磁铁放在一起,由于磁体的吸力,钢片受磁感应也具有磁性。这种人工传磁方法制成的指南鱼比使用司南方便多了,只要有一碗水,把指南鱼放在水面上就能辨别方向了。经过长期的改进,人们又把钢针在天然磁体上摩擦,钢针也有了磁性。这种经过人工传磁的钢针可以说是正式的指南针了。沈括在他的《梦溪笔谈》中提到他对指南针的用法做过四种试验,即水浮法、缕悬法、指甲法和碗唇法。水浮法是把指南针放在有水的碗里,使它浮在水面上,指示方向。缕悬法就是在磁针中部涂上一些蜡,上面粘一根丝线,把丝线悬在木架上,针下安放一个标有方位的圆盘,静止时钢针就指示南北。指甲法就是把钢针放在手指甲面上,轻轻转动,由于手指甲的光滑,磁针就和司南一样也能发生指南作用。碗唇法是把磁针放在光滑的碗边上,转动磁什,便和指甲法一样发生指南作用。沈括经过精密的观察实验,还发现磁针指示的方向并不是正南正北,而是微偏西北和东南,这种发现在科学上叫磁偏角。

指南针的始祖大约出现在战国时期。古人称它为司南。司南是用整块天然磁石经过琢磨制成勺型,圆底,并使整个勺的重心恰好落到勺底的正中并保持平衡,勺置于光滑的地盘之中,且可以自由旋转。地盘外方内圆,四周刻有干支四维,合成二十四向。当司南静止的时候,勺柄就会指向南方。这样的设计是古人认真观察了许多自然界有关磁的现象,积累了大量的知识和经验,经过长期的研究才完成的。司南的出现是人们对磁体指极性认识的实际应用。但司南也有许多缺陷,天然磁体不易找到,在加工时容易因打击、受热而失磁。所以司南的磁性比较弱,而且它与地盘接触处要非常光滑,否则会因转动摩擦阻力过大,而难于旋转,无法达到预期的指南效果。而且司南有一定的体积和重量,携带很不方便,这可能是司南长期未得到广泛应用的主要原因。

       
其实,上面这个故事虽然流传很广,但是黄帝发明指南车是不足信的。而且指南车与指南针有着本质的区别。根据历史记载,东汉时的大科学家张衡倒是确实发明过指南车,但是他的制造方法却失传了,甚为可惜。到了三国时代,有个叫马钧的发明家,重新造出了指南车。当然,马钧的发明,我们将在后面介绍。

磁现象的发现

指南针的发明

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先秦时代我们的先人已经积累了许多这方面的认识,在探寻铁矿时常会遇到磁铁矿,即磁石(主要成分是四氧化三铁)。这些发现很早就被记载下来了。《管子》的数篇中最早记载了这些发现:山上有磁石者,其下有金铜。其他古籍如《山海经》中也有类似的记载。磁石的吸铁特性很早就被人发现,《吕氏春秋》九卷精通篇就有:慈招铁,或引之也。那时的人称磁为慈他们把磁石吸引铁看作慈母对子女的吸引。并认为:石是铁的母亲,但石有慈和不慈两种,慈爱的石头能吸引他的子女,不慈的石头就不能吸引了。据说秦始皇统一六国后,在咸阳附近修阿房宫,宫中有一座门是用磁石做成,如果有人身穿盔甲,暗藏兵器,入宫行刺,就会被磁石门吸住。这个故事告诉我们,古代劳动人民很早就掌握了磁学知识。

古代民间常用薄铁叶剪裁成鱼形,鱼的腹部略下凹,像一只小船,磁化后浮在水面,就能指南北。当时以此做为一种游戏。北宋时,曾公亮在《武经总要》载有制作和使用指南鱼的的方法:用薄铁叶剪裁,长二寸,阔五分,首尾锐如鱼型,置炭火中烧之,侯通赤,以铁钤钤鱼首出火,以尾正对子位,蘸水盆中,没尾数分则止,以密器收之。用时,置水碗于无风处平放,鱼在水面,令浮,其首常向午也。这是一种人工磁化的方法,它利用地球磁场使铁片磁化。即把烧红的铁片放置在子午线的方向上。烧红的铁片内部分子处于比较活动的状态,使铁分子顺着地球磁场方向排列,达到磁化的目的。蘸入水中,可把这种排列较快地固定下来,而鱼尾略向下倾斜可增大磁化程度。人工磁化方法的发明,对指南针的应用和发展起了巨大的作用。在磁学和地磁学的发展史上也是一件大事。

下面这个故事,倒是和指南针有些关系。

汉朝以前人们把磁石写做慈石,是慈爱石头的意思。

北宋的沈括在《梦溪笔谈》中提到另一种人工磁化的方法:方家以磁石摩针锋,则能指南。按沈括的说法,当时的技术人员用磁石去摩擦缝衣针,就能使针带上磁性。从现在的观点来看,这是一种利用天然磁石的磁场作用,使钢针内部磁畴的排列趋于某一方向,从而使钢针显示出磁性的方法。这种方法比地磁法简单,而且磁化效果比地磁法好,摩擦法的发明不但世界最早,而且为有实用价值的磁指向器的出现,创造了条件。

据说秦始皇在位时,身边网罗了一批术士来为他寻求长生不老之药。有一天,一位叫徐福的术士奏本说:“在东方的大海上有三座神山,名叫蓬莱、方丈、瀛州,仙人们都在那里居住。请皇帝让我率领一批男女儿童前往寻求。”

秦始皇很高兴,马上选派了几千名儿童,又为他造了艘大船,让他从现在的山东日照县附近出海。谁知徐福一去不返,不知道他把这些男女少年带向何方。几千年过去了,秦始皇早已成为历史的陈迹。但徐福渡海求药的故事并没有被人们忘记。有些历史学家认为,当时徐福他们是横渡黄海和朝鲜海峡到达了日本。如果情形真是如此的话,那么徐福可以算得上中国航海家中的先驱人物,也就是说,徐福最早使用了指南针。

既然磁石能吸引铁,那么是否还可以吸引其他金属呢?我国的先民做了许多尝试,发现磁石不仅不能吸引金、银、铜等金属,也不能吸引砖瓦之类的物品。西汉的时候人们已经认识到磁石只能吸引铁,而不能吸引其他物品。

  • 指南针怎么发明的 指南针发明史
  • 指南针谁发明的 指南书什么时候发明的

也许有读者会说:“难道徐福非要使用指南针不可吗?比如用太阳、星星定方位,不是同样可以到达指定地点吗?”不错,这样的确可以,我国古代的人们也就是这样做的。但是,如果碰到那种“阴风怒号,浊浪排空,日星隐耀,山岳潜行”的天气怎么办呢?再说,这种天气,在大海中是家常便饭。茫茫大海,无边汪洋,如果航向偏离1°,那就可能永远也到达不了目的地。正所谓“失之毫厘,谬以千里。”

当把两块磁铁放在一起相互靠近时,有时候互相吸引,有时候相互排斥。现在人们都知道磁体有两个极,一个称N极,一个称S极。同性极相互排斥,异性极相互吸引。那时的人们并不知道这个道理,但对这个现象还是能够察觉到的。

当然,我们在这里,也只是猜测而已,不必当真,权且作为探讨。

到了西汉,有一个名叫栾大的方士,他利用磁石的这个性质做了两个棋子般的东西,通过调整两个棋子极性的相互位置,有时两个棋子相互吸引,有时相互排斥。栾大称其为斗棋。他把这个新奇的玩意献给汉武帝,并当场演示。汉武帝惊奇不已,龙心大悦,竟封栾大为五利将军。栾大利用磁石的性质,制作了新奇玩意用以取悦汉武帝。

指南针是利用磁铁在地球磁场中的指极性而制成的。磁铁能够吸铁,也就是我们通常说的吸铁石。

地球也是一个大磁体,它的两个极分别在接近地理南极和地理北极的地方。因此地球表面的磁体,可以自由转动时,就会因磁体同性相斥,异性相吸的性质指示南北。这个道理古人虽不明白,但这类现象他们看的很清楚。

2000
多年前,我国的春秋战国时期,采矿、冶铁业已有相当规模。劳动人民在寻找铁矿的过程中,发现了这种神奇的矿石,因为它一碰到铁就吸住,好比一个慈祥的母亲吸引自己的孩子,所以称它为“慈石”。《管子·地数篇》中记有:“上有慈石者,下有铜金。”《山海经·北山经》中记有:“西流注于泑泽,其中多慈石。”古人把磁石吸铁比作“母子相恋”。

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他们不但发现了磁石的吸铁性,而且还发现了磁石的指极性。每块磁石的两头都有不同的磁极,一头叫S
极,一头叫N
极。而我们居住的地球本身,也是一块天然的大磁体,在南北两头也有不同的磁极。靠近北极的磁性为S
极,靠近南极的磁性是N
极。因为同性磁斥的缘故,所以不管在地球什么位置,放置一根磁针,它的N
极始终指向北方。

但是,最初的指南针,同现在指南针的形状完全不同。最初的指南针是用磁石做成的,它是一块天然的磁石,琢磨成勺子的形状。把磁石的S
极琢磨成勺柄,并使磁勺的重心落在圆而光滑的底部中央。磁勺做好后,还得做一个光滑的底盘。使用的时候,把它放在平置底盘的中央,用手拔动勺柄,使它转动,当它停下来时,勺柄指向南方,古人把这磁勺称为“司南”,就是负责指南的意思。

司南是世界上最早的指南针,中国古籍中有许多用司南来辨别方向的记载。如《鬼谷子·谋篇》中,曾记到有人外出采玉,就带了司南去,以便不迷失方向。

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《韩非子·有度篇》记有:“先王立司南以端朝夕”,这也是用司南来定方向的记载。

但是,这种用天然磁石琢制司南的方法,技术要求较高,难度较大。因为天然磁石在琢制的过程中,容易因受到震动而失去磁性,所以这种司南得不到广泛的使用。

随着社会的发展,战争和海上航行的需要,人们迫切要求一种制作和使用更加方便的指向仪器。我国劳动人民在长期生产实践中,逐渐掌握了人工磁化的方法,指南针因此得到了很大的发展。在公元1044
年,北宋初年,由曾公亮主编的一部军事著作《武经总要》中,详细地记载了一种新颖的指南工具——指南鱼的制法。“以薄铁叶剪裁,长二寸阔五分,首尾锐如鱼形,置炭火中烧之,候通赤,以铁铃铃鱼首出火,以尾正对子位(北方),蘸水盆中,没尾数分则止,以密器收之。”这样一来,铁片鱼就被磁化成指南鱼了。使用时,只要取一碗水置于无风处,平面鱼会浮在水面,待它静止时,鱼首所指的方向就是南方。

当然,上面所说的薄铁片,应是一种低碳钢。这种人工磁化法要比欧洲早几百年,直到1600
年,英国人吉尔伯特才发现使红热的铁棒沿着地球磁场方向冷却而磁化的方法。

当时不但有铁片制成的指南鱼,还有用木头做的指南鱼和指南龟。木制指南鱼,是一块手指大小的木头刻成鱼的形状,从鱼嘴往里挖一个孔,放进一块磁铁,使它的S
极向外,再用黄蜡封口。使用时,将木头鱼放在水面上,其原理同铁片鱼相仿。但指南龟则不放在水中,而是将龟肚下方挖个小洞,让它顶在光滑的竹签上面,便于自由转动。指南鱼发明后不久,人们又掌握了一种更好,更方便的人工磁化法,就是用天然磁石摩擦钢针,使钢针磁化。这种经过人工磁化的钢针,可说是正式的指南针了。这样一来,指南针的制造过程大大简化,为指南针的广泛应用提供了先决条件。

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北宋著名科学家曾在《梦溪笔谈》一书中,记述了这种指南针的四种用法:

1.以磁针横贯灯芯的水浮法;

2.指甲旅定法,即把磁针放在光滑的手指甲面上;

3.碗唇旋定法,即把磁针放在光滑的碗口上;

4.缕悬法,即在磁针中间涂一点蜡,粘上一根线,挂在无风的地方。

水浮法、缕悬法和木刻指南龟用的针顶法,直到现在,仍为航空和航海用的罗盘以及地磁测量仪所采用。

指南针的最大历史功绩是在于航海上的应用。从目前掌握的材料看,最早用于航海的是在北宋。宋代时,航海业已相当发达,与日本列岛和南洋群岛的交往已很频繁,同阿拉伯各国的贸易关系也很密切。这些海上交通的迅速扩大,是与指南针的应用息息相关。不论天气如何阴晦,航向都可由人来把握。

南来的《梦梁录》曾写道:“风雨冥晦时,惟凭针盘而行,乃火长掌之,毫厘不敢差误,盖一舟人命所系也。”

元代的《海运篇》中有这样一句话:“航行海洋,不畏深深而虑浅,不虑风而虑礁,⋯⋯立定盘星以取向。”

上面所说的针盘,盘星就是航海罗盘。明朝的《东西洋考》中说:船出河口,进人茫茫大海,波涛连天,毫无岸边标帜可循,这时就只好“独特指南针为导引”了。

由此可见,小小磁针,对于海上航行是多么必不可少,对于推动航海业的发展,起到了何等重要的作用。最著名的航行,有明代郑和下西洋,从江苏刘家港出发到印尼苏门答腊,沿途航线都标有罗盘针路。以后的哥仑布航行抵达美洲大陆和麦哲仑环球航行,也都依赖的是海上救星——指南针了。

中国的指南针大约在公元12
世纪传到阿拉伯,然后再由阿拉伯传到欧洲。那时到中国来的阿拉伯人都乐于乘坐中国船只,因为中国船船身大,结构坚固,航速快。这就为罗盘传入西方提供了条件。

西方在学会使用罗盘后,根据实际需要又进行了科学的改进。由于罗盘在随船体大幅度摆动时,常使磁针过分倾斜而靠在盘体上转动不了。欧洲人设计了称为“方向支架”的常平架,它是由两个铜圈组成,两圈的直径略有差别,使小圈正好内切于大圈,并用枢轴把它们联结起来,然后再用枢轴把它们安在一个固定的支架上。最后,把罗盘就挂在内圈里,这样,不论船体怎样摆动,罗盘总能保持水平状态。这种仪器的原理已经是比较近代化了。应当顺便指出的是,我国古代科学技术界至少在宋代就已经发现了两个地磁要素,即磁偏角和磁倾角的存在。

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北宋大科学家沈括在用磁针做实验时,发现指南针所指的南北与地理上的南北并不完全一致,两者之间存在着偏角,即磁偏角。

沈括指出:“常微偏东,不全南也”。这是世界上最早的关于磁偏角的记载。地磁学告诉我们,磁偏角是随着地点的变化而变化的,又由于地磁极在不偏的变化,所以,磁偏角也随之变化。所以,沈括指出的是“常微偏东”,而不是“恒微偏东”。这说明了沈括已经发现了偏角并非是一成不变的。

欧洲人对磁偏角的最早发现是哥仑布探险的1492
年。所以,中国发现的磁偏角至少要早好几百年。另外,曾公亮所记载的磁化铁叶鱼时,整个鱼身须是倾斜的,只把正对北方的鱼尾没入水中,而鱼首则高出水平。这个实验证明,我国古代的科学家们已经意识到磁倾角的存在。这个发现比纽仑堡罗盘工匠加特曼的同一发现正好早500
年。

到了南宋时,磁偏角因地而异的情况更有明确记载,并被应用到罗盘上。所谓“天地南北之正,当用子午。或谓江南地偏,难用子午之正,故丙壬参之。”

这就是说,在地理子午线和地磁子午线一致的地方,用指南针可以;而中国东南部,地理子午线和地磁子午线有一个夹角,所以需要用其他方法来修正一下。

作为四大发明之一的指南针,历来是中国人引以自豪的,这一发明不但说明了中国古代人民的智慧和观察能力,而且是中国对世界历史发展的巨大贡献。

如果说,科学进步的历史是全世界各国人民共同推动的,那么说,中国古代曾处于这个行列的前面,则是一点也不过分的。

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