南宋数学家杨辉、元朝数学家朱世杰 , 在沈括的基础上进一步研究 , 取得了令世人瞩目的成就 。
会圆术
会圆术,实际上是指由弦求弧的方法,其主要思路是局部以直代曲,对圆的弧矢关系给出一个比较实用的近似公式 。在中国数学史上,沈括第一个利用弦、矢求出了孤长的近似值 。这一方法的创立,不仅促进了平面几何的发展,而且在天文计算中也起了重要的作用,为中国球面三角学的发展作出了重要贡献 。
会圆术问世后,得到了广泛应用,郭守敬、王恂等都用到过会圆术 。
4.2、物理
磁学
沈括记录了人工磁化的方法 , 并用人工磁化针来作试验,对指南针进行深入研究 。沈括比较了指南针的四种装置方法:水浮法 , 碗沿法,指甲法和悬丝法,指出悬丝法最优,并做了相应的分析 。
磁偏角指地球表面任一点的地磁子午线与地理子午线的夹角,即磁针静止时,所指的北方与真正北方的夹角 。沈括在世界上最早经实验证明了磁针“能指南,然常微偏东” , 即地磁的南北极与地理的南北极并不完全重合,存在磁偏角 。这比哥伦布横渡大西洋时发现磁偏角现象早了400多年 。
光学
沈括通过观察实验 , 对小孔成像、凹面镜成像等原理作了准确而生动的描述,他用“碍”(焦点)的概念 , 指出了光的直线传播、凹面镜成像的规律 , 并把光通过“碍”成像称之为格术,即现代光学中的等角空间变换关系 。
沈括还对平面、凹凸面等镜面成像的不同进行研究,注意到表面曲率不同与成像之间的关系,并以此对“古人铸鉴”时正确处理镜面凹凸与成像大小的关系进行了研究与分析 , 提出若将小平面镜磨凸,就可“全纳人面” 。
沈括还对透光铜镜的原理作出了正确推论,推动了后世对“透光镜”的研究 。此外,沈括还第一次记录了“红光验尸”的内容,是中国关于滤光应用的最早记载,至今还有现实意义 。
文章插图
声学
沈括通过对声学现象的观察,注意到音调的高低由振动频率决定,并记录下了声音的共鸣现象 。他还用纸人来放大琴弦上的共振 , 形象的说明了应弦共振现象,这比诺布尔和皮戈特的琴弦上纸游码试验早了500年 。
沈括还提出了“虚能纳声”的空穴效应,以此来解释兵土用皮革箭袋作枕头,可以听到数里外人马声的原因 。此外,沈括还记录并深入分析了制钟的声学问题 。
4.3、化学
胆水炼铜
据沈括《梦溪笔谈》记载,信州铅山县有苦泉(硫酸铜溶液)、流而成涧 。舀取泉水煎熬,就能得到胆矾(硫酸铜),熬制胆矾就能生成铜,熬胆矾的铁锅,日子久了也会变成铜 。沈括的这段记录,即湿法炼铜,利用化学置换反应的方式提炼金属 。
胆矾化铁成铜的记载古已有之,西汉淮南王刘安《淮南万毕术》 、东晋葛洪《抱朴子》均有类似记载 。据郭正谊考证 , 沈括的记载录自中唐时期成书的《丹房镜源》 。但直到宋哲宗绍圣五年(1098年),张潜主动将《浸铜要略》献给朝廷 , 在北宋政府的大力提倡下,胆铜法生产才被迅速推广开来 。
石油制墨
【沈括是什么人物?】世界上最早记载有关石油的文字,见于东汉史学家班固所著的《汉书》 。历史上,石油曾被称为石漆、膏油、肥、石脂、脂水、可燃水等 , 直到北宋,沈括才在世界上第一次提出了“石油”这一科学的命名 。
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