第一节力学、热学和声学知识

大气压力（压强）、水力及风力的利用

元代，利用虹吸现象制成的排灌器具已在农业生产中得到广泛的应用。在王祯《农书》中有关于“连筒”的描述：“连筒，以竹通水也。凡所居相离水泉颇远，不便汲用，乃取大竹内通其节，令本末相续，连延不断，阁之平地或架越涧谷，引水而至。又能激而高起数尺，注之池沼及庖湢之间，如药畦蔬圃亦可供用。”陶宗仪在《辍耕录》记载了元大都的宫廷园林中，利用虹吸管及其他提水装置将水升高，造成人工喷泉的情形：“万寿山在大内西北，太液池之阳，金人名琼花岛。中统三年修缮之，至元八年赐今名。其山皆叠玲珑石为之，峰峦隐映，松桧隆郁，秀若天成。引金水河至其后，转机运大，汲水至山顶，出石龙口，注方池，伏流至仁智殿后，有石刻蟠龙，昂首喷水仰出，然后由东西流入太液池。”①

农业生产中利用风力也很普遍。如在耶律楚材的《西域河中十咏》其六，就有这样的诗句与自注：“冲风磨旧麦（西人作磨，风动机轴以磨麦），悬碓杵新粳（西人皆悬杵以舂）。”②

测定液体浓度的方法

元代后，测试盐卤的浓度多用莲子，而且随着制盐业的发展，测定方法更加精细了。陈椿在《熬波图》中说到：“要知卤之咸淡，必用莲管秤试。如四莲俱起，其卤为上。……莲管之法，采石莲先于淤泥内浸过，用四等卤分浸四处：最咸■卤浸一处，三分卤浸一分水浸一处，一半水一半卤浸一处，一分卤浸二分水浸一处。后用一竹管盛此四等所浸莲子四枚于竹管内，上用竹丝隔定竹管口，不令莲子漾出。以莲管汲卤试之，视四管莲子之浮沉以别卤咸淡之等。”③这里所述的方法是：先把莲子分别浸泡在已知浓度的四种盐水中（咸水所占比例分别为100％、75％、50％和33％），然后把这四种莲子浸入未知浓度的盐水中，根据这些莲子的浮沉情况即可判断盐水的浓淡程度。这种方法十分合乎科学原理，浸泡过的莲子恰如浮沉子，可以定量地测出盐卤的浓度。

热胀冷缩实验

①王祯：《农书》卷十八《农器图谱》十三《灌溉门》。①陶宗仪：《辍耕录》卷二一“宫阙制度”。②耶律楚材：《湛然居士集》卷六。③陈椿：《熬波图》卷下“淋灰取卤”。

元代陶宗仪进行过热胀冷缩的实验。把一玉轴塞进另一加热后的玉的孔洞之中，两者可以像“辘轳旋转，无分毫缝罅”。他认为这是后一物体“煮之胖胀”的缘故。①

振动的音乐效果

我国自古就重视乐器的制作及其声学和音律学性质，历代研究者不乏其人。宋代沈括科学地解释了古代乐钟所以是扁形的道理。元代吾丘衍在《闲居录》中也指出：“古人制乐，皆用律尺九，九九八十一分，琴、瑟、钟、磬：箫、管等皆准之，故八音克谐。后世琴瑟太长，长则声缓；笙不用匏而用木，木实而声过清；钟太圆，圆则声清而摇，故不协也。”这里已认识到，琴瑟的弦不能太长，否则声音过于低缓；笙不能用木制，否则声音过于清亮；乐钟不能用圆钟，否则声音清亮而不稳定，亦即声波易相互干扰而不协调。

①陶宗仪：《辍耕录》卷二三。