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指南针——地理大发现的前导(下)

时间:2016-03-01 09:46来源:吉林文史出版社 作者:点击:

2. 指南鱼

到了北宋,由于军事和航海的需要以及材料与工艺技术的发展,人们在实践中逐渐掌握了人工制造磁体的方法。一块普通的铁在磁石上反复朝一个方向摩擦,便会带有磁性,这就是人工磁化的方法。

原来,每一块钢铁里面,一个分子就是一根“小磁铁”。没有磁化的钢铁,它的分子毫无次序地排列着,“小磁铁”的磁性都互相抵消了,对外显示不出磁性。而当把它靠近磁铁时,这些“小磁铁”在磁铁磁力的作用下,都整整齐齐地排列起来,同性的磁极朝着一个方向,这块钢铁就具有磁性了。如果拿一块磁铁,紧紧摩擦着一根没有磁化的钢针,并且方向总是从这一头向另一头移动,那么,由于磁铁的吸力,普通钢针中的分子也都顺着一个方向排列起来,这样,一块人工磁铁就制成了。

而铜、铝等金属由于不具备这样的结构,所以不能被磁铁所吸引,更不能被磁化,后来人们在长期的实践中用人工磁化的方法制造了指南鱼。

指南鱼是把一片薄薄的铁片剪成鱼形,长二寸,宽五分,鱼的肚皮部分凹下去,使鱼能像船一样浮在水面上,然后再把鱼制作成磁体。这种人工传磁的方法制成的指南鱼在使用上比司南方便得多,只要有一碗水,把指南鱼放在水面上就能指示方向了。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。

从司南到指南鱼,从在盘面上转动指南的形式到鱼形铁片在水面上浮动指南的形式,减少了转动时产生的摩擦,提高了指南的灵敏度。虽然通过这种磁化方法得到的磁性还比较弱,限制了指南鱼在实际中的应用,但毕竟是向指南针的发明迈进了一大步。

3. 指南针

在指南鱼之后,人们在实践中不断改进,鱼逐渐被一支缝纫用的小钢针所代替,人造磁体的指南针就这样产生了。经过不断的试验和总结,指南针也不再仅仅漂浮于水上,而是有了更多的存在形式,这些变化都使指南针的测量精度发生了变化。

北宋时的著名大科学家沈括,对于指南针的制作和使用,作了许多科学的说明和分析。沈括在他的《梦溪笔谈》中提到他对指南针的用法做过的四种试验,即指甲法、碗唇法、缕悬法和水浮法。

(1)“指甲旋定法”——把钢针放在手指甲面上,轻轻转动,由于手指甲的表面光滑,磁针就能产生指南作用。

(2)“碗唇旋定法”——把磁针放在光滑的碗边上,转动磁针,指示南北。

(3)“缕悬法”——在磁针中部涂上一些蜡,上面粘一根丝线,挂在没有风的地方,磁针垂于方位盘中心上方,静止时,其两端分别指示南北。

(4)“水浮法”——把指南针放在有水的碗里,使它浮在水面上,静止时,其首尾分别指示南北。

沈括对这四种方法还作了详细的比较,他指出,水浮法的最大缺点是水面容易晃动,进而影响测量结果;碗唇旋定法和指甲旋定法虽然因为摩擦力小,转动灵活,但却容易掉落。沈括比较推崇的是缕悬法,他认为这是比较理想而又切实可行的方法。现在的磁变仪、磁力仪的基本结构原理就是缕悬法。

指南针和司南、指南鱼相比,既简便又实用,形式逐渐稳定下来,以后的各种磁性指向仪器,都是以这种磁针为主体,只是磁针的形状和装置方法不同罢了,古以南方为尊,所以称指南针。在19世纪现代电磁铁出现之前,几乎所有的指南针都是以这种人工磁化的方法制作而成的。

4. 罗盘

随着人们对指南针的不断改进,逐渐发现单单有指南针并不能准确定位方向,还需要有方位盘的配合,这样人们就制造出了更加科学方便的指南仪器──罗盘。

罗盘由磁针和方位盘两部分组成,方位盘盘面周围刻了二十四个方位,盘式也由方形演变成圆形,盘内盛水,磁针横穿灯草,浮于水面。这样一来,只要看一看磁针在方位盘上的位置,就能准确地断定出方位来。

罗盘中的磁针指南沿用的是沈括实验过的水浮法,所以被称为水罗盘。到了明嘉靖年间又出现了旱罗盘,它是用钉子支住磁针,使支点处的摩擦阻力尽量减少,从而使磁针能够自由地转动。这种有固定支点的指南仪器与司南相似,但在灵敏度上要比司南高得多,而且比水罗盘更适用于航海,因此得到广泛应用,罗盘的出现是指南针发展史上的一大进步。

(三)指南针的应用及传播

1. 指南针的应用

到了元代,人们还编制出了一种航海用的“针路”图,这种“针路”图是在不同的航行地点指南针针位的连线图。船航行到什么地方,采用何种针位方向,一路航线都标识得清楚明白,给船只准确的指引,成为航行的重要依据。

1405年,明代航海家郑和率领庞大的二百四十多艘海船、二万七千四百名船员组成的船队远航。这些大船被称为“宝船”,最大的“宝船”长四十丈,阔十八丈,是当时海上最大的船只。这些船上就有罗盘针和航海图,还有专门测定方位的技术人员。一直到1433年,郑和一共远航七次,访问了三十多个在西太平洋和印度洋的国家和地区。他的这一壮举正是得益于构造先进、读数可靠的指南针来指引航路,才有了顺利完成的保障。

2. 指南针的传播

南宋时,阿拉伯、波斯商人经常搭乘我国的海船往来贸易,逐渐学会了使用指南针。大约在12世纪末的时候,指南针由海上通路传到阿拉伯,并最终由阿拉伯人把这一伟大的发明传到了欧洲。

恩格斯在《自然辩证法》中就曾指出,“磁针从阿拉伯人传至欧洲人手中在1180年左右”。而1180年正是我国南宋时期,中国人首先将指南针应用于航海,比欧洲人至少早了80年。

(四)指南针与地理大发现

指南针传到阿拉伯和欧洲之后,逐渐普及开来,广泛应用于航海、探险等领域,对欧洲的航海业产生了巨大的推动力。

从15—17世纪,在指南针的指引下,欧洲的船队出现在世界各处的海洋上,寻找着新的贸易路线和贸易伙伴,以发展欧洲新生的资本主义。在这些远洋探索中,欧洲人发现了许多当时不为人知的国家与地区。与此同时,也涌现出了许多著名的航海家。

1492—1504年,哥伦布在指南针的引导下,四次出海远航,终于发现了美洲大陆,使其成为名垂青史的航海家。1519—1522年,葡萄牙航海家麦哲伦进行了环球航行,实现了历史性的突破。东西方之间的文化、贸易交流开始大量增加,殖民主义与自由贸易主义也开始出现。从此以后,世界格局被打破,美洲的开发和欧洲各国的资本积累在飞速发展,指南针的西传就像打开新世界的钥匙,使世界版图发生了翻天覆地的变化。

指南针的诞生不仅对航海事业的发展有着巨大意义,而且对人类社会的进步也作出了重要贡献。人们从此获得了全天候航行的能力,人类终于可以在茫茫大海中自由的远航,从而迎来了地理大发现的崭新时代。
 

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(由 馨笛 编辑整理)
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