司南,是古代一种指示方向的仪器,早在战国时,书上就有了这种仪器的记载,如《韩非子·有度篇》就说:“先王立司南以端朝夕”。“端朝夕”就是辨方向的意思。下面,本站就和同学们一起了解一下司南。
司南为什么能辨方向呢?这得从做司南的材料说起。人所共知,磁石有磁性,能吸铁,所以也叫磁铁。它的磁性,分布在两头,一头叫正极,一头叫负极。恰好,我们生活的地球,也是一块天然的“大磁铁”,它的磁性同样分布在北极和南极的两头,北极是负极,南极是正极。根据物理学上“异性相吸,同性相斥”的原理,如果我们用一根磁铁做成棒或针,把它悬空起来可以四周随意活动,它的正极总是指向有负极的北方,而负极总是指向有正极的南方。这是绝对不会变的。这种性能叫指极性。司南正是人们根据这种指极性创造出来以辨方向的。
司南的样子,与汤勺相似,是用整块磁铁琢磨而成的。把这柄“汤勺”放在预先做好的一只盘底很光滑的盘内,再在盘的四周刻着分别方向的二十四位和符号,将勺柄轻轻转动一下,静止时柄的方向必定指向南方。
所谓“司南之勺,投之于地,其柢指南”就是说的这个意思。由于它能“指南”,所以一经发明,就有人带着它到山里去采玉,以免迷途。
司南是世界上最早的“指南”的仪器,它是我们的祖先在长期使用磁铁的过程中,根据磁铁具有的指极性,而加以实际应用的产物。充分反映了中国人民的智慧。
自然,磁铁也有它的缺点,就是用以制作司南时,往往因不停地打击、磨擦、受热,而导致失磁的现象产生。再加勺底与盘的接触面大,转动时阻力也大,这会妨碍转动的灵敏度,因而指南的效果不是十分理想的。为了克服这个缺点,人们又不断地试验、探索、改进,终于发现,把钢铁在磁石上磨过以后也能带磁,而且磁性还比较稳固。根据这个发现,从宋代开始,人们就利用加过工而带磁的钢铁做成一种与司南形状不同的东西,称指南鱼。北宋的曾公亮和丁度编著的《武经总要》前集卷15,曾讲到了指南鱼“长二寸,阔五分,首尾锐如鱼形”,用带磁的“薄铁叶剪裁”而成。把它浮在水面,静止时,鱼头总是朝南。此外,指南鱼也有用木头做的。(.com)先用木头刻成鱼状,肚子挖空、装上磁铁,用蜡把肚口封好,再用一根针插进鱼口,针头露在外面,放入水中,不管怎样拨动针也总是指向南方的。
还有一种指南龟,是南宋陈元靓在《事林广记》中介绍的:用木头刻成龟形,将一块天然磁石安装在龟的腹内,再在腹下挖一个光滑的小孔,顶在一根竹针上,使之能转动。但孔的底部和周围以及针头都要光滑,以减少在转动时因磨擦而带来的阻力。一停下来,龟就会转向南方。这种指南龟和上面说的指南鱼一样,虽然未广泛地应用,但后来的指南针,就是由指南龟的启发而作成的,所以指南龟是指南针出现的先声。
指南针是用带磁的铁或钢,做成一根针以指南。这就是北宋大科学家沈括在《梦溪笔谈》卷24中说的“方家以磁石磨针锋,则能指南”。其用法在书中讲了四种:一是水浮法:把针横穿在灯草芯上,浮于水面。二是指甲旋定法,把针放在手指甲上。三是碗唇旋定法,把针放在碗唇上。四是缕旋法,或称悬挂法,缕悬法,把针的中部涂上一些蜡,粘上一根丝线,使针悬空起来。这几种方法都能使针尖自动指向南方。但水浮法因水面易波动而会失去其指南的准确性,指甲旋定法和碗唇旋定法,因指甲和碗唇光滑,针在转动时易滑落,所以也有不便之处。缕旋法与前三种方法比较,既不怕波动,也不会滑落,所以是最好的。当然,这要在无风处使用,否则会摇幌不停,无法发挥指南的作用。
沈括在介绍指南针用法的同时,在同一书中还讲到:针所指示的方向并不是正南的,要略为偏东一些。这是他发现了地球上的磁极不是正好在南北两极,而是略为偏东的缘故,这叫“偏磁角”。据说15世纪末哥仑布远渡大西洋时,对“磁偏角”也有所察觉,但这时离沈括已有400多年之久了。
美中不足的是,指南针的针都是活动的,这会影响定向。由此在北宋后,便出现了罗盘,圆形,用木头或铜作成,盘的四周和司南用的盘一样,上面刻有方位,盘的中央装置一根可以灵活转动的磁针,静止时,磁针总是指向南方。这样就大大提高了指向的稳定性。是指南针的一大改进。至今,这种形式的罗盘我们仍可见到,而且风行于世界各国。
指南针发明后就被用于航海事业。北宋宣和年间(公元1119-1125年)朱或所著《萍洲可谈》卷二中,记述他父亲朱服在元符、崇宁间(公元1098—1120年)于广州当官的见闻时说:“舟师识地理,夜则观星,昼则观日,阴晦观指南针。”过了20来年,即宣和五年(公元1123年),徐竞的《宣和奉使高丽图经》也记述了这类事:“舟行过蓬莱山之后,水深碧,色如玻璃,浪势益大。是夜洋中不可住,惟视星斗全迈,若晦暝则用指南浮针以揆南北。”可见,早在11世纪末、12世纪初,指南针已用来作海上导航了。而到了13世纪,不仅不分昼夜阴晴,普遍使用,而且其准确度达到毫厘不差,赵汝适《诸蕃志》说:“舟舶来往,惟以指南针为则,昼夜守视惟谨,毫厘之失,生死系矣。”南宋咸淳间(公元1265–1274年)吴自牧的《梦梁录》卷12也说:出洋航海,“全凭南针,或有少差,即葬鱼腹。”由于指南针指示的方向的准确度能达到“毫厘不差”,因而既保证了航向的准确,也保持了航行中的安全,后来还在此基础上,绘制出了航海地图,使海上航行更为安全可靠,航行技术也进一步得到了完善。(伊强)
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