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游标卡尺的始祖——王莽卡尺

日期:2015-07-10 22:46:52 浏览次数:

古人王莽发明过一种游标卡尺,意图统一全国的度量,从原理、性能、用途上来看,这种游标卡尺同现代的游标卡尺十分相似,比西方早了1700多年。

新莽卡尺,现代游标卡尺始祖

  游标卡尺是工业上常用的测量工具,也是现代工业仍在发挥着不可替代作用的测量工具之一。据著名青铜鉴定家张颂斌先生介绍,一般认为游标卡尺是欧洲工业革命时期产生的测量工具,英国在1973年出版的《英国百科全书》中,就记述游标卡尺是法国数学家维尼尔·皮尔在1631年发明的。然而,让很多人感到穿越的是,在汉代就曾出现过与现代游标卡尺几乎完全相似的卡尺,它比西方科学家制成的游标卡尺早1600多年。

1992年5月在扬州一座东汉早期墓中出土了一件铜卡尺。此铜卡尺由固定尺和活动尺两个主要部件构成,卡尺通长13.3厘米,固定卡爪长5.2厘米、宽0.9厘米、厚0.5厘米。固定尺上端有鱼形柄,长13厘米,中间开一导槽,槽内置一能旋转调节的导销,循着导槽左右移动。在活动尺上有一环形拉手,便于活动尺移动。使用时,右手握尺,拇指牵动环形拉手,左右移动,使用方式与现代卡尺完全一样。这件铜尺既可测器物的直径,又可测其深度以及长、宽、厚,均较直尺方便和精确。惜因年代久远,其固定尺和活动尺上的计量刻度和纪年铭文,已锈蚀难以辨认。 

东汉青铜卡尺与现代游标卡尺相比较,除了在测量精度上有一定差距,卡尺长度短于现代的以外,其原理、性能、用途和结构与现代游标卡尺已经非常相似了,都是用于测量和加工圆柱体和球体以及不规则物体的。从中不难看出,我国出土的汉代铜卡尺即是原始的游标卡尺。另外,在国家博物馆和北京艺术博物馆各收藏一件王莽时代的新莽铜卡尺,它们都有计量刻度和纪年铭文,两者均比扬州出土的铜卡尺略长一些,卡爪则稍短些,其外形、构造和组合部分基本相同。

保存在济南市博物馆的洛庄汉墓出土的随葬车上,伞盖的青铜杆活套就配合很好,推测与当时先进的测量技术有直接关系。张颂斌认为,在考古工作中就有商代古车出土,甲骨文和金文中也有“车”的象形文字出现。当时,在造车技术中车轴和车轮内孔的配合,都需精密测量,或许当时已经有更原始于汉代铜卡尺的同类测量工具。

“五寸之矩”,建大工程误差仅1/16000

  “我们常说‘没有规矩不成方圆’。‘规’是画圆的工具,‘矩’是画方和测方的工具,‘矩’上有刻度,就叫作‘矩尺’。”据张颂斌介绍,珍藏在山东省计量科学研究院的一件东汉时期的“矩尺”距今2000年了,这件“矩尺”,青铜制,长11.6厘米,有刻度,分为五格,每格约2.31厘米,正合汉代长度的一寸,我们称为“五寸矩尺”。由于“矩尺”是测量工具,一般不作为随葬品,所以出土极少。安徽省曾出土过一件战国时的青铜矩尺,边长为一尺(战国一尺),国家博物馆也收藏有汉代的青铜矩尺,边长也是一尺(汉一尺)。史料《荀子·不苟》有“五寸之矩,尽天下之方”的记载,意思是说小小的五寸矩尺,可以测量各种大小不同器物的直角。这件五寸矩尺,不仅说明了史料记载的真实性,同时也说明了这件文物的珍贵。

《史记·夏本纪》有大禹治水“左准绳,右规矩”的记载,“准”是测水平的工具,“绳”是打直线的(墨线)工具(也有的学者提出是垂线),可见祖先很早就使用这些延续了几千年的基本的工具了。汉代画像石中,常见有女娲、伏羲手举规矩的画像。女娲、伏羲都是传说中的人类始祖,画像表明,早在汉代,人们就已经认为规矩来自遥远的始祖,画像除了表达他们认为的规矩的起源之外,还表达了汉代人对祖先赐予的先进测量工具、劳动工具的一种崇拜。

正是有了这样貌似简单的工具,才能造出古代高大建筑,汉以前的大型水利工程,甚至更古老的造车技术。张颂斌举例说,徐州龟山汉墓,两条长达56米的平行石凿甬道,沿中线直线偏差仅5毫米,精度达1/10000,两甬道相距19米,夹角误差为20秒,误差仅为1/16000。这样精确的测量技术,无不出自这些古老、原始而又准确的测量工具。 

文物鉴赏

  1992年5月在扬州市西北8公里的邗江县甘泉乡(今邗江区甘泉镇)顺利清理了一座东汉早期的砖室墓,从墓中出土了一件铜卡尺。

此铜卡尺由固定尺和活动尺等部件构成,固定尺通长13.3厘米,固定卡爪长5.2厘米、宽0.9厘米、厚0.5厘米。固定尺上端有鱼形柄,长13厘米,中间开一导槽,槽内置一能旋转调节的导销,循着导槽左右移动。在活动尺和活动卡爪间接一环形拉手,便于系绳或抓握。两个爪相并时,固定尺与活动尺等长。使用时,将左手握住鱼形柄,右手牵动环形拉手,左右拉动,以测工件。用此量具既可测器物的直径,又可测其深度以及长、宽、厚,均较直尺方便和精确。惜因年代久远,其固定尺和活动尺上的计量刻度和纪年铭文,已锈蚀难以辨认。

青铜卡尺与现代游标卡尺相比较,二者有惊人的相似之处。现代游标卡尺主要由主尺、固定卡爪、游标架、活动卡爪、游标尺、千分螺丝、滑块等部分组成,而铜卡尺是由固定尺、固定卡爪、鱼形柄、导槽、导销、组合套、活动尺、活动卡爪、拉手等部分组成。从组成的主要构件来看,铜卡尺的固定尺和活动尺,即是现代游标卡尺的主尺和副尺;铜卡尺的组合套、导槽和导销即是游标架。其主要差距在于:现代游标卡尺应用微分原理,通过对齐主尺和副尺的两条刻线,能精确地标出本尺所能测出的精密度,而铜卡尺只能借助指示线,靠目测估出长度单位“分”以下的数据。从中不难看出,现代游标卡尺是由汉代的铜卡尺演变发展而来,就其构造原理、性能和用途来说,汉代铜卡尺即是原始的游标卡尺。

文物历史

  有关王莽新朝始建国元年(公元9年)铜卡尺的记载见于晚清一些著录上(如吴大澄《权衡度量实验考》和容庚所编《秦汉金文录》),共收录了五件卡尺拓本,可惜原物在解放前就已流散失传了。如今仅在中国历史博物馆和北京艺术博物馆各收藏一件,它们都有计量刻度和纪年铭文,前者主尺长15.2厘米、卡爪长6.2厘米;后者主尺长15.37厘米、卡爪长6.1厘米,两者均比扬州出土的铜卡尺略长一些,卡爪则稍短些,其外形、构造和组合部分都相同。不过上述两件均系征集,出土地不明,而江苏扬州的铜卡尺出土地明确,甘泉乡姚湾村位于汉广陵国郡城之西北,这里曾是两汉诸侯王、贵族墓群的丛葬区域所在。

东汉原始铜卡尺的出土,纠正了世人过去认为游标卡尺乃是欧美科学家发明的观念。英国在1973年出版的《英国百科全书》第10卷402页,记述游标卡尺是法国数学家维尼尔?皮尔(公元1580-1637年)在1631年发明的。其实,我国早在公元一世纪初的新莽时期就己发明游标卡尺并在生产中开始应用了,从而将游标卡尺的历史上溯了一千六百多年。东汉原始铜卡尺的发现,为研究我国古代科学技术史、数学史和度量衡史提供了实例,因此,弥足珍贵。

 

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