书城自然科学新编科技知识全书:中华科技五千年
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第18章 四大发明之四——指南针

指南针是我国古代重大发明之一,它为人民的生活带来了方便,为人类在陆地、海上的活动,争取了更多的主动权,它的功劳是巨大的。

指南针的发明经历了从慈石、司南、指南鱼到指南针的过程。

慈石,即磁石,意思是说,这种石头,一见铁就吸住,好像慈母抱着孩子不肯分离,故此以慈石命名。

相传,秦始皇统一中国后,在咸阳造了座阿房宫。阿房宫北阙有座神奇的宫门,叫做“却胡门”。谁要违反皇帝的诏令暗藏铁器进宫,临近宫门时,就会身不由己地贴在宫墙上,动弹不得。据说那宫墙是用磁石垒成的。

这个传说未必可靠,但是自秦汉时起,中国人对磁石的认识却是真实的。

战国时成书的《管子》中记载:“上有慈石,下有铜金。”铜金是指铁矿。可见当时人们已经以磁石为标志,寻找铁矿了。

慈石是一种天然的磁性石头。当人们认识了这些磁石,就可以为己所用。司南就是这样一种指南器具。

《韩非子》曾记载人们磨制磁石,制成“司南”。司南即指南的意思。当时采玉工进入深山采玉,怕迷失方向,就携带辨别方向的“司南”。

司南同指南车都是世界上最早的指南仪。指南车是利用齿轮原理制成的,司南却是利用磁性原理制成的。不幸的是,司南失传了。今天,人们只能根据史书的记载知道,司南的样子像一把汤匙,有一根长柄和光滑的圆底,把它放在一个特别光滑的“地盘”上,地盘四周刻着八卦和天干、地支,以表示方向位置。这个“汤匙”就是用磁石制成的,它把磁南极一头琢成长柄以指示方向。

司南在汉以后失传,但文明的脚步并没有停止。

宋代,人们又创制了一种比司南更先进的指南仪——指南鱼。

指南鱼是用一很薄的钢片制成的,两寸长,五分宽,形状若鱼,腹部凹下去些,放在一碗水中,即可浮于水面。这样,其摩擦系数较司南大为减少了。而且在携带和使用上都比较方便。用了它,在行军或作战中,即使在阴雨天或黑夜,也可以避免迷失方向。

指南鱼是用钢片制成的,不是以磁石磨成的,而是经人工磁化的。宋代已知钢片、铁针在天然磁石上摩擦即可获得磁性的磁化法。但是,指南鱼的磁化却不是用的这种摩擦法,而是另一种新方法。

首先将钢片制成鱼形,放到火上烧得通红,然后钳出,使鱼尾正对北方,浸入水中,再取出放入一密封的盒中藏起,放置方位,仍依南北方向,过一定时日取出,钢片就磁化好了。

在那时,这种方法可能是从经验中摸索出来的。今天,我们知道,地球是个大磁体,南北端各有地磁场。上述磁化法,就是地磁场磁化法。这样磁化的钢片,由于其内部分子结构起了变化,磁性保持得很久,用以制造指南仪较之天然磁石适用多了。指南鱼在宋代已应用于军事。

指南针,原本就是一根缝纫的钢针,经磁化,再穿以灯芯作浮漂,置于盛水容器中,即可浮于水面,用以指南了。那盛水容器是个方位盘,浅而圆,有如仰置的铜锣。四周刻着24个方位。故而指南针又称“指南浮针”、“水罗盘”或“罗盘针”。

指南针对于航海具有极其特殊的作用。是航海史上的一次革命。

过去,海上航行,需要观星观日,来测定方位。指南针发明以后,成为人们航海的伴侣,它促进了航海业的繁荣和文化的交流,是我国人民为世界文化宝库奉献的一份厚礼。