指南车

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復原模型
三才圖會的描述

指南车,又稱司南車,是一种用差速器来辨认方向的仪器,傳說中指南車乃是由軒轅黃帝[1]周公[2]發明。史書又记载了三國時魏國馬鈞制作司南車[3]。车上有一小人,其手指的方向即为南方。

最早在《西京杂记》记载有:“司南车,驾四,中道”。青龍三年(235年)曹魏马钧創造指南車,而此指南车是采用齒輪的原理製作,並沒有使用磁極,與司南羅盤完全不同。東晉安帝義熙十三年(417年),劉裕北伐進兵長安,後秦姚興使令狐生製造指南車。[4]北魏的郭善明也曾研發過,未成,扶風人馬嶽又造,垂成,善明鴆殺之。南朝的祖沖之又發明一次,“昇明中,太祖輔政,使沖之追修古法。沖之改造銅機,圓轉不窮,而司方如一,馬鈞以來未有也。”當時北方人索馭驎也號稱能造指南車,但“颇有差僻,乃毁焚之”。[5]宋史·輿服誌》對指南車的機械結構,作了比較具體的記述,[6]此車僅用為帝王出行的儀仗。金朝的燕肅於天圣五年(1027年)造指南車,車上立一木人,伸臂指南,能自動離合,“……至国朝,不闻得其制”,大观元年(1107年)吳德仁改良了燕肅指南車,但之後又失傳了。

1924年英國學者穆爾(Moule)發表了研究指南車的論文並根據《宋史》文獻記載給出了具體的復原方案,接著又有很多國內外學者研究。1937年王振鐸曾發表《指南車記里鼓車之考證及模制》,他改良穆爾的設計,並成功的製作出指南車模型。1971年王振铎根据史书记载,複製马钧的“黄帝指南车”成功。

指南車發明人
年代 朝代·發明人 成果
?年 傳說時代·黃帝 無法證實
?年 西周·周公 無法證實
?年 漢·張衡 成功
235年 三國·馬鈞 成功
333年 後趙·魏猛、解飛 成功
417年 後秦·令狐生 成功
?年 後魏·郭善明
424年 後魏·馬岳
477年 劉宋·祖沖之[7] 成功
1107年 劉宋·索馭驎 成功
616年 唐·楊務廉
808年 唐·金公立 成功
1027年 宋·燕肅[8] 成功
1107年 宋·吳德仁[8] 成功

指南车的原理[编辑]

國立自然科學博物館復原的指南車齒輪組。

指南车使用了差动齿轮装置,或者称加法机构, 或者称差速器。其原理是当车辆直线行驶时左右两车轮转动角速度相等。差动机构没有输出。车辆转弯时两侧车轮角速度不相等,这时差动机构输出这个差值。驱动指示机构。

类似的装置应用在现代汽车的差速器和工业上加工齿轮的专用设备插齿机以及滚齿机中。

相關[编辑]

注釋[编辑]

  1. ^ 見《古今注》,卷上輿服第一原文:“大駕指南車,起黃帝與蚩尤戰於涿鹿之野。蚩尤作大霧,兵士皆迷,於是作指南車,以示四方,遂擒蚩尤,而即帝位。故後常建焉。舊說周公所作也。周公治致太平,越裳氏重譯來貢白雉一,黑雉二,象牙一,使者迷其歸路,周公錫以文錦二匹,軿車五乘,皆為司南之制,使越裳氏載之以南。緣扶南林邑海際,期年而至其國。使大夫宴將送至國而還,亦乘司南而背其所指,亦期年而還至。始製車轄轊皆以鉄,還至,鉄亦銷盡,以屬巾車氏收而載之,常為先導,示服遠人而正四。方車法具在《尚方故事》。漢末喪亂,其法中絕,馬先生紹而作焉。今指南車,馬先生之遺法也。”《太平御览》卷十五引《志林》:“黄帝与蚩尤战于涿鹿之野。蚩尤作大雾弥三日,军人皆惑。黄帝乃令风后法斗机,作指南车,以别四方,遂擒蚩尤。”
  2. ^ 《尚书大传·归禾》:“交趾之南,有越裳国。周公居慑六年,制礼作乐,天下和平,越裳以三象重九译而献白雉曰:道路悠远,山川阻深恐使之不通,故九译而朝。”《古今注》:“周公致太平,越裳氏重译来献,使者迷其归路,周公赐軿车五乘,皆为司南(车)之制。” 《太平御览》卷七七五引《鬼谷子》:“肃慎氏献白雉于文王。还,恐迷路问,周公因作指南车以送之。”
  3. ^ 《三國志·魏書》卷二十九
  4. ^ 《宋书》卷十八《礼志五》:“明帝青龍中,令博士馬鈞更造之而車成。晉亂復亡。石虎使解飛,姚興使令狐生又造焉。安帝義熙十三年,宋武帝平長安,始得此車。其制如鼓車,設木人於車上,舉手指南。車雖回轉,所指不移。”
  5. ^ 《南齐书·祖冲之传》
  6. ^ 見《宋史志第102輿服一,原文:「……指南車,一曰司南車。赤質,兩箱畫青龍、白虎,四麵畫花鳥,重台,勾闌,鏤拱,四角垂香囊。上有仙人,車雖轉而手常南指。一轅。鳳首,駕四馬。駕士舊十八人,太宗雍熙四年,增為三十人。……用獨轅車,車箱外籠上有重構,立木仙人於上,引臂南指。用大小輪九,合齒一百二十。足輪二,高六尺,圍一丈八尺。附足立子輪二,徑二尺四寸,圍七尺二寸,出齒各二十四,齒間相去三寸。轅端橫木下立小輪二,其徑三寸,鐵軸貫之。左小平輪一,其徑一尺二寸,出齒十二;右小平輪一,其徑一尺二寸,出齒十二。中心大平輪一,其徑四尺八寸,圍一丈四尺四寸,出齒四十八,齒間相去三寸。中立貫心軸一,高八尺,徑三寸。上刻木為仙人,其車行,木人指南。若折而東,推轅右旋,附右足子輪順轉十二齒,擊右小平輪一匝,觸中心大平輪左旋四分之一,轉十二齒,車東行,木人交而南指。若折而西,推轅左旋,附左足子輪隨輪順轉十二齒,擊左小平輪一匝,觸中心大平輪右轉四分之一,轉十二齒,車正西行,木人交而南指。若欲北行,或東,或西,轉亦如之。詔以其法下有司製之。大觀元年,內侍省吳德仁又獻指南車、記裏鼓車之製,二車成,其年宗祀大禮始用之。其指南車身一丈一尺一寸五分,闊九尺五寸,深一丈九寸,車輪直徑五尺七寸,車轅一丈五寸。車箱上下為兩層,中設屏風,上安仙人一執仗,左右龜鶴各一,童子四各執纓立四角,上設關戾。臥輪一十三,各徑一尺八寸五分,圍五尺五寸五分,出齒三十二,齒間相去一寸八分。中心輪軸隨屏風貫下,下有輪一十三,中至大平輪。其輪徑三尺八寸,圍一丈一尺四寸,出齒一百,齒間相去一寸二分五厘,通上左右起落。二小平輪,各有鐵墜子一,皆徑一尺一寸,圍三尺三寸,出齒一十七,齒間相去一寸九分。又左右附輪各一,徑一尺五寸五分,圍四尺六寸五分,出齒二十四,齒間相去二寸一分。左右疊輪各二,下輪各徑二尺一寸,圍六尺三寸,出齒三十二,齒間相去二寸一分;上輪各徑一尺二寸,圍三尺六寸,出齒三十二,齒間相去一寸一分。左右車腳上各立輪一,徑二尺二寸,圍六尺六寸,出齒三十二,齒間相去二寸二分五厘。左右後轅各小輪一,無齒,係竹{}並索在左右軸上,遇右轉使右轅小輪觸落右輪,若左轉使左轅小輪觸落左輪。行則仙童交而指南。車駕赤馬二,銅麵,插羽,鞶纓,攀胸鈴拂,緋絹屜,錦包尾。……」
  7. ^ 見《宋書志第八禮五,原文:「……指南車,其始周公所作,以送荒外遠使。地域平漫,迷於東西,造立此車,使常知南北。……范陽人祖沖之,有巧思,常謂宜更構造。宋順帝升明末,齊王為相,命造之焉。車成,使撫軍丹陽尹王僧虔、禦史中丞劉休試之。其制甚精,百屈千回,未嘗移變。……」
  8. ^ 8.0 8.1 見《宋史》,志第102輿服一,原文:「...指南車,一曰司南車。...仁宗天聖五年,工部郎中燕肅始造指南車,肅上奏曰:黃帝與蚩尤戰於涿鹿之野,蚩尤起大霧,軍士不知所向,帝遂作指南車。周成王時,越裳氏重譯來獻,使者惑失道,周公賜軿車以指南。其後,法俱亡。漢張 衡、魏馬鈞繼作之,屬世亂離,其器不存。宋武帝平長安,嚐為此車,而製不精。祖沖之亦複造之。後魏太武帝使郭善明造,彌年不就,命扶風馬嶽造,垂成而為善 明鴆死,其法遂絕。唐元和中,典作官金公立以其車及記裏鼓上之,憲宗閱於麟德殿,以備法駕,曆五代至國朝,不聞得其製者,今創意成之。大觀元年,內侍省吳德仁又獻指南車、記裏鼓車之製,二車成,其年宗祀大禮始用之。...」
  9. ^ 9.0 9.1 鄧崇林; 蕭先雄. 指南車在物理學中幾何相位的應用. 物理與工程. 2014, 24 (S2): 1–8. [1]