手稿言蒸汽膨胀生压”,可这压力”无形无质,如何度量?
又如何使其持续发力,而非转瞬即逝?”
他翻到手稿中力学章节,续道:“其二,关於力与运动”之论,臣等百思不解。
古法云力以维持运动”,如推车需持续发力方能前行,可陛下手稿言力是改变运动之因,非维持之因”,此语实在顛覆认知。
若无需持续施力,物体何以能长久运动?譬如箭矢离弦,无手推力仍能飞行,莫非其间另有隱力”?”
“其三,槓桿之术,臣等早知省力费距”,却不知陛下手稿中动力x动力臂=阻力x阻力臂”为何意。
以水井軲轆为例,摇柄越长越省力,可这长”与省”之间,何以能用数字量化?
若要製造起重器械,如何依此理计算摇柄长度与承重之数,方能精准无误?
“”
最后,他指向热学部分,语气愈发急切:“其四,手稿言密闭容器中,蒸汽冷却则气压骤降”,臣等试之,確见铜瓶冷却后向內凹陷。
可这一升一降之变,如何能转化为持续的机械运动?
如欲造蒸汽之车”,当如何设计器物,使蒸汽胀缩往復,驱动车轮转动?”
朱由校闻言,嘴角勾起一抹笑意,起身走到殿角的铜壶旁。
那是昨夜值守太监烧水用的器具,此刻壶中尚有余温。
他指著铜壶道:“徐卿且看此壶,水沸则蒸汽出,壶盖便跳。
这蒸汽本是水遇热所化,体积较水膨胀百倍不止,如同一群急於衝出牢笼的壮士,拥挤之间便生出推力,此即压力”。”
他拿起案上的毛笔,比作活塞,插入铜壶嘴:“若將壶嘴封死,只留一可活动之木塞,蒸汽膨胀无路可走,便会奋力顶起木塞。
这便是蒸汽动力的本源。
至於持续发力,只需如农夫灌溉一般,烧沸之水化为蒸汽做功后,再注入冷水使其冷却收缩,形成负压拉动木塞回位,如此循环往復,便如人呼吸一般,动力不绝。”
解释力与运动时,朱由校走到殿中,推开一张紫檀木案,案几滑动数尺后方才停下。
“徐卿见否?推案时施力,是为改变其静止状態。
鬆手后案几仍能滑动,是因其有惯性”,如人奔跑后难以骤停。
箭矢离弦后,无手推力却能飞行,正是惯性使然,而非有什么隱力”。
之所以会停下,是因空气阻力、地心引力这些外力”在阻碍它。
若在无阻力之境,这箭矢便能永不停歇地飞行。”
谈及槓桿,朱由校取来案上的镇纸与毛笔,以镇纸为支点,將毛笔架於其上:“此为槓桿,镇纸所在是支点”,靠近支点一端顶重物,另一端施力。
摇柄越长,动力臂”便越长,如以长竿撬巨石,只需一分力,便能撬动十分重的物体。
手稿中的公式,便是將这长”与省”的关係说透,如欲起重千斤,便算准支点位置与摇柄长度,按此理製造,万无一失。”
最后,他在纸上画了一个简单的气缸示意图,一边画一边道:“若要造蒸汽机械,可铸一铜筒,內置可滑动之木塞,筒底通锅炉,筒侧设两扇机关门。
蒸汽从底门入,胀而推木塞上行;木塞到顶,底门闭而侧门开,冷水注入使蒸汽冷却收缩,木塞便因负压下行。
隨后侧门闭而底门开,蒸汽再入,如此往復,木塞便上下不停,再通过齿轮连接车轮、船桨,便能驱动车船前行。”
徐光启凝神静听,目光隨著朱由校的手势与画作转动,脸上的困惑渐渐褪去,取而代之的是豁然开朗的光芒。
当朱由校讲完蒸汽循环之理时,他猛地一拍大腿,失声赞道:“陛下圣明!原来如此!蒸汽胀缩如呼吸,木塞往復似舂米,臣此前只知其一,不知其二,竟没想到这无形之力,能以器物约束,化为持续之功!”
他再看那力学公式,先前觉得晦涩难懂的数字关係,此刻竟变得清晰明了:“槓桿量化之理,臣今日方悟!如造起重器械,只需按陛下所授公式计算,便能精准设计,无需再凭经验摸索,既省时又省力!”
“惯性————阻力————原来箭矢飞行,是因其惰性”不愿停,而非有外力推动。
陛下此论,真乃开天闢地之见,顛覆千古认知!”
他激动得老泪纵横,再次躬身叩首:“陛下以通俗之喻,解格物深奥之理,臣茅塞顿开!