當繪畫表現機械元素

劉夕慶

簡單機械的發明應該是人類學會利用原始工具的后續發展，而復雜機械及大型自動化機器則是人類智慧和創造力的進一步體現。在此期間，畫家們也不甘于落后，不但逐步練就了表現山水與建筑之美的能力，同時也學會了表現復雜運作的機械圖景的方法。

簡單機械畫中見

我們在物理課上學到過關于杠桿、齒輪、滑輪等簡單機械的原理及其功用，而這些簡單機械的廣泛使用，給人們提供了很多方便，帶來了不少好處。古希臘時期已有了圓柱齒輪，亞歷山大利亞·希羅在公元1世紀最早討論了機械的基本要素，他認為機械的要素有五類：輪與軸、杠桿、滑車、尖劈、螺旋——這個論述反映了古典機械的特征。當然，中國古代也在香爐中應用了能永葆水平位置的十字轉架等機件，但這些都屬于簡單機械范疇。

古代文明社會就已經開始使用物理學家如今所說的“簡單機械”，如杠桿、輪子、輪軸、斜面、楔形物、滑輪等。阿基米德很有可能是世界上第一個將兩個滑輪組合到一起投入實際使用的人。這種組合到一起的滑輪組裝置能夠產生巨大的作用力。滑輪組裝置一直沿用至今，在托舉或搬運重物的時候經常被用到。

按照有關記載，阿基米德是為了應對國王的疑問而設計了滑輪組裝置。阿基米德曾經表示：給我一個支點，我能撬動整個地球。國王覺得難以置信，給阿基米德安排了一個極具挑戰性的任務——移動一艘體積和重量都十分巨大的船體，并只為其提供幾個有力氣的勞工來協助。阿基米德最終只用自己的一只手就將裝載著船員和貨物的整只船拉動了，這讓在場的所有人都大為震驚。事實上，在這次事件中，阿基米德使用的是簡單的滑輪組機械，而不是杠桿。

應用機械畫中見

任何機械的誕生說到底都是以應用為目的的。一些專家學者在談到工業社會（尤其是大工業社會）時說，用機器生產機器的時代，無論從生活中接觸的各種物理裝置，如電燈、電話、電視機、冰箱、電梯等都包含有機械的成分，或者包含在廣義的機械元素之中；而從生產產品來看，各種機床、自動化裝備、計算機、飛機、輪船、宇宙飛船等，都缺少不了機械元素。

所以，機械元素是現代社會的一個基礎。如果有人說農業是整個人類活動的基礎的話，那對現代社會來說，機械就可作為整個工業和各類工程的基礎——可以毫不夸張地認為機械就是工業社會的一大支柱。不但任何現代產業和工程領域需要應用機械，就連人們的日常生活，也越來越多地應用各種含機械元素的機器設備了，如汽車、自行車、鐘表、照相機、洗衣機、冰箱、空調機、吸塵器等。

大型、復雜機械畫中見

動力是發展生產的重要因素。17世紀后期，隨著各種機械的改進和發展以及煤和金屬礦石的需求量逐年增加，人們感到僅依靠人力和畜力不能將生產提高到一個新的水平。在英國，紡織、磨粉等產業越來越多地將工場設在河邊，利用水輪來驅動工作機械。但當時的煤、錫、銅等采礦井中的地下水，仍只能用大量畜力來提升和排除。在這樣的情況下，用以驅動礦井排水泵的紐可門蒸汽機出現了，但這種機械的燃料消耗很高，基本上只能用于煤礦。

1765年，瓦特發明了有分離冷凝器的蒸汽機，降低了燃料消耗率。1781年瓦特在其公司雇員的協作下又創制出提供回轉動力的蒸汽機，擴大了蒸汽機的應用范圍。蒸汽機的發明和發展，使礦業和工業生產、鐵路和航運都得以機械動力化——它幾乎是19世紀唯一大型而復雜機械的動力之源。但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器、冷卻水系統等體積十分龐大、笨重，應用起來很不方便。

19世紀末，大型電力供應系統和電動機開始發展和推廣。20世紀初，電動機在工業生產中取代了蒸汽機，成為驅動各種工作機械的基本動力。生產的機械化已離不開電氣化，而電氣化又是通過機械化才對生產發揮作用，包括現代最先進的航天飛機、機器人、宇宙飛船等都是如此。

大自然的機械化圖景

17世紀科學最偉大的發現有一點在于，一些人認為自然界的變化也是通過一系列機械機制的作用才得以實現的。如星體和行星的運動、生物的生長以及各種物理現象（如重力、空氣壓力、光和磁等）的作用，這一切現象都被看成是各種潛在的機械形式在發揮作用，而且是遵循科學家努力進行量化后所得到的自然規律。從17世紀開始出現的那些少數精密機械的發明，已經給人們留下頗為深刻的印象，讓他們以為自然界也是按照設計好的機械機制在發揮作用。

克里斯蒂安·惠更斯在17世紀50年代向人們證明，可以按照鐘擺原理設計出比以前更為準確的時鐘裝置。這臺時鐘對許多科學實驗具有極為重要的意義，尤其是用于測量物體運動。如果把這臺時鐘放在哲學范疇中考查，則可以說它還具有另一層特殊意義，這就是：造世主在創造世界并使之運作時，也是要遵從物理規律的。

意大利科學家喬萬尼·阿方素·博雷利（Giovanni Alfonso Borelli）試圖將物理定律應用于分析生物的動作，這表明人們開始探索萬物的運作是否能比擬成機械運動模型。他的《動物的活動》一書于1680年出版，書中除了用載荷、杠桿、應力和滑輪機械運動來代替人體運動外，他還進一步應用機械觀點來分析人體內部器官（如肺臟和心臟）的動作。但他的這種機械論觀點，實際上只說對了事實的一部分，這是由于當時他對于人體內部運作的化學過程還一無所知。

大科學家笛卡兒也認為，天體是一部又復雜又奧妙的物理機械。他對宇宙結構提出了意義深刻的質疑：“是什么東西維系著天體，使它們處于各自的位置呢？”身為一個堅定不移的機械論者，笛卡兒簡直難以設想這些天體會在虛無縹緲的空間內隨意運動。他認為，一定是有某種看不見的物質形式在主宰著這些天體的運動，并提出：宇宙充滿了物理機械作用的微小而稀薄的物質顆粒，而且在不斷地旋動著，就像旋渦中的水一樣，這些物質顆粒帶動行星運動，而且每個星體都處于它本身旋渦的中心。

由此，笛卡兒提出了一種機械結構的宇宙模型——他的這些理論基于預先設想的一種機械結構系統，在科學思維中具有非常強大的威力。按照這種模型，一切天體效應都有其物理原因，因為一個物體會受到另一個物體的影響。所以，他在解釋他所看到的事物時，提出了一種設想，即宇宙中存在許多看不見的機械，而這些機械的零件，由于太小或者太稀薄，以至于人們用肉眼很難觀察到。

綜上所述，雖然運用純粹機械觀點來解釋萬物運行的觀念有失偏頗，但眾多科學家建立起的世界的機械化圖景還是對科學進步起到了促進作用。

人文關懷、可持續發展現已成為機械行業科技創新的理念，機械產品作為人自身能力的延伸，一直與人類文明進步共同發展。隨著科學技術的進步、人類對生活質量的不斷追求以及對尊嚴的重視，人們又為工程機械發展提出了許多新課題。其中，產品的多樣化、智能化、綠色化等圖景正在逐步顯現。

知識鏈接

機械是指機器與機構的總稱。機械是能幫助人們降低工作難度或省力的工具裝置，像筷子、掃帚以及鑷子一類的物品都可以被稱為機械（簡單機械）。而復雜機械就是由兩種或兩種以上的簡單機械構成的。人們通常把這些比較復雜的機械稱為機器。機構，指由兩個或兩個以上構件通過活動聯結形成的構件系統。

從結構和運動的觀點來看，機構和機器并無本質區別，現代中文泛稱為機械。機器具有以下三個特征：它們都是一種人為的實物構件的組合；各部分之間具有確定的相對運動；在生產過程中能代替或減輕人類勞動，完成有用功或實現能量的轉換。機構則具有機器的前兩個特征。