水利科学史之液体重心的巧妙运用

    在新石器时代的汲水器设计中已巧妙地运用了液体重心的原理。在西安半坡村的原始公社遗址中(距今约6100～6700年)出土的陶器，有一种外形呈流线形，口小，短颈，鼓腹，尖底，腹侧有双耳的陶罐，大者高60厘米，小者高20厘米。经研究和实验，确定这是一种汲水用的器具，有人称之为甀①。见图2-9。

之所以将汲水罐做成尖底，是因为这种罐重心较高，系绳入水后，受水的浮力，水罐必然倾倒，水即从罐口涌入。进水后的罐，重心随之下降，罐身慢慢直立；由于重心低，提出水罐的过程也因而变得很平稳而不致倾洒。这种小口尖罐的设计体现了深刻的力学原理，即重心和定倾中心的相对位置与浮力稳定性的关系。①六千多年前，古人在长期的生产和生活实践中，已成功地制造了符合浮体重心力学原理的器具。见图2-10。

    ① 石志廉，谈谈尖底陶器——甀，文物，1961年，第3期，第10页。作者引用《淮南子?汜论训》“抱甀而汲”，将尖底罐定名为甀。同时作者指出：“在河南洛阳出土的汉代陶井上，所附的陶水斗，也是作大腹尖底的。”

    春秋时代见于记载的宥卮(又称敧器、宥坐器)是运用液体重心原理的另一器物。宥通右，宥坐器就是放在座位右边的器具，是一种和座右铭作用相同的警示性的器物。相传孔子(前551一前479)和其弟子参观鲁桓公庙时曾见到这种器物。孔子询问其名称，守庙人告诉他，这是宥坐之器。孔子曰：“吾闻宥坐之器者，虚则敧，中则正，满则覆。”②意思是说，宥坐之器平时是倾倒着的(敧)。

    往其中注水后，盛水器皿的重心发生变化。当水太满时，宥坐之器将再度倾覆。孔子当场叫弟子实验，果然如此。于是孔子感慨道，“恶有满而不覆者哉”。“满招损，谦受益，时乃天道”，是最早见于《尚书?大禹谟》的对事物发展规律的总结，是历来为政者的箴言。宥坐之器是利用力学原理表现这一劝戒的形象器物。