「科技世界之最」最早利用热气流产生机械旋转的装置——走马灯

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「科技世界之最」最早利用热气流产生机械旋转的装置——走马灯

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出现在中国北宋时期的“走马灯”,是我国长期流行于民间,受到人民群众喜爱的玩具,是世界上最早利用热气流产生机械旋转的装置 。
走马灯究竟起源于何时?众说纷纭 。科学史研究者大都依据文学家范成大(1126~1193)的诗文记载,认为南宋时才有走马灯 。范成大的诗集中有首记叙苏州正月十五上元节的诗,诗中描绘了千姿百态的灯 。诸如飘升于天的孔明灯,在地上滚动的大滚灯,以及“转影骑纵横的走马灯”等 。当时似无“走马灯”之名,诗人自注为“马骑灯” 。诗人所记为淳熙十一年之事,即公元1184年 。
「科技世界之最」最早利用热气流产生机械旋转的装置——走马灯

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其实,早在西汉时已有类似热气球原理的试验,后人制成孔明灯 。考古时亦发现,东汉时类似走马灯叶轮(俗称伞)的装置,纸风车也已成为儿童玩具 。唐代的灯具,有更奇异的“仙音烛”,即能够奏出动听音乐的灯烛 。“其形状如高层露台,杂宝为之,花鸟皆玲珑 。台上安烛,烛点燃,则玲珑者皆动,叮口当清妙 。烛尽绝响,莫测其理” 。
我们知道,空气在燃烧受热后上升,冷空气进入补充,由此而产生空气对流 。走马灯就是利用燃烧加热而上升的空气推动纸轮旋转而制成的 。南宋姜夔在《白石道人诗集》中谈到走马灯时说:“纷纷铁马小回旋,幻出曹公大战车 。”周密在《武林旧事》中记载道:“罗帛灯之类尤多,……若沙戏影灯(走马灯),马骑人物,旋转如飞……”
【「科技世界之最」最早利用热气流产生机械旋转的装置——走马灯】走马灯的构造很简单 。它是在一根主轴的上部横装一个叶轮,叶轮下面、主轴底部的近旁安装一个烛座,蜡烛燃烧后,上方空气受热膨胀,密度降低,热空气即上升,而冷空气由下方进入补充,产生空气对流,从而推动叶轮旋转 。在主轴的中部,沿水平方向横装四根铁丝,外贴纸剪的人马 。夜间纸人纸马随着叶轮和主轴旋转,影子就投射到灯笼的纸(或纱)罩上,从外面看,就呈现出前面诗文中所说的“旋转如飞”的有趣表演 。
走马灯的构造原理和现代的燃气涡轮机是相同的,可以说,走马灯是燃气涡轮机的萌芽 。欧洲在1550年发明了燃汽轮,用于烤肉,以后在工业革命中,燃汽轮得到发展,用于工业生产,产生巨大的革命性的后果 。可惜的是,中国古代发现、利用了空气驱动的原理,制造玩具,但始终没有能进一步加以研究,使之在生产活动中加以应用 。