從司南到指南針的發(fā)明

指南針是一種判別方位的簡(jiǎn)單儀器，又稱指北針。而它的前身是在2000 多年前的戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就被人們發(fā)明出來的司南。

遠(yuǎn)在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，由于正處在奴隸制社會(huì)向封建社會(huì)過渡的大變革時(shí)期，生產(chǎn)力有了很大的發(fā)展，特別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更是興盛發(fā)達(dá)，因而促使了采礦業(yè)、冶煉業(yè)的發(fā)展。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，人們從鐵礦石中認(rèn)識(shí)了磁石。

司南就是人們利用磁體的南北指極性發(fā)明出來的，這是世界上最早的磁性指向儀器。它形狀和勺子相仿，用天然磁石雕琢而成，勺底為球面體，勺呈橢圓狀，勺柄通體漸漸縮成柱狀，并使整個(gè)勺的重心恰好落到勺底的正中，勺底被打磨得很光滑。勺被置于一個(gè)光滑的地盤之上。地盤是銅質(zhì)或涂漆木制盤，形狀內(nèi)圓外方，中央是平滑圓槽，框上刻劃出定向的刻度以示二十四方位。使用時(shí)，先把地盤放平，再把磁勺放在中間使之轉(zhuǎn)動(dòng)，待旋轉(zhuǎn)的磁勺慢慢靜止下來時(shí)，勺柄就會(huì)大體停止在指南的方位上。

由于司南是用天然磁石制造的，在磁石來源、磨制工藝和指向精度上都受到了很多限制。到了北宋時(shí)期，人們掌握了人工磁化金屬的方法，于是利用人造的磁鐵片制成了在性能和使用上比司南先進(jìn)的指南魚。制作方法和原理是：把一片薄而平的鐵皮剪成長(zhǎng)約7厘米，寬約1.5厘米的魚的形狀，放在炭火中燒得通紅，然后用魚嵌夾著魚頭，讓魚尾正對(duì)著地球磁場(chǎng)方向。這樣，鐵魚內(nèi)部被燒得處于活動(dòng)狀態(tài)的磁疇就順著地球磁場(chǎng)方向排列，再把磁化后的鐵魚迅速浸入冷水中，磁疇的規(guī)則排列就馬上固定下來。這時(shí)，再把小魚浮在水面平靜的碗中，魚頭魚尾就可以指南北了。

在指南魚發(fā)明后不久，古代的風(fēng)水先生首先發(fā)明了指南針。人們利用天然磁石反復(fù)摩擦鐵針，使受磨的鐵針磁化，具有了指南性。磁針成為一種新的指向工具，便是指南針了。北宋著名政治家和科學(xué)家沈括的著作《夢(mèng)溪筆談》中詳細(xì)記載了指南針的幾種使用方法：使磁針橫貫燈芯后浮在水面上；架在碗沿或者平滑的指甲上；用細(xì)絲懸掛于無風(fēng)處等等。

為了使用方便，人們將指南針與刻度相配合，裝置而成一種具有辨正方向的儀器，即羅盤。羅盤又分為水羅盤和早羅盤。水羅盤采用浮針的方法，旱羅盤不借助水的浮力，用一個(gè)支軸的尖端頂在磁針的中部，使磁針平衡旋轉(zhuǎn)。其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)已然和現(xiàn)代羅盤儀基本沒什么區(qū)別。

南宋時(shí)期旱羅盤的出現(xiàn)，賦予了世界航海事業(yè)劃時(shí)代的意義，它為航海者帶來極大的方便，成為航海家的必備之物。鄭和七次下西洋、哥倫布對(duì)美洲大陸的發(fā)現(xiàn)和麥哲倫的環(huán)球航行，都與其應(yīng)用分不開。而指南針作為中國(guó)歷史上的偉大發(fā)明之一，也是中國(guó)對(duì)世界文明發(fā)展做出的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)。