第二章 “大发明” 第三十八节 第一辆抛石车
目录：初级春秋| 作者：法拉第| 类别：历史军事
//7kankan.com// 第二天，姜海涛指挥工匠们捆扎一些竹竿，造出一根粗很多的杠杆。去看看小说网 www.7kaNKan.com。.但是在工匠们眼里看来，这根杆的形状很奇怪，因为它的截面不是圆的，而是上下宽、中间窄。
原来姜海涛想起了工字钢。物理课上讲什么金属材料强度时，有个同学的老爸是工程师，于是他在课外向大家吹嘘，为什么要用工字钢。当时姜海涛和其他一些同学听了后恍然大悟：有不少钢材集中在工字钢的上下两端，也就是那两条横线上；而承受上下方向的弯曲力矩，主要就靠上下两端的材料。这就好比一块截面高10厘米、宽1厘米的钢板，在1厘米那个方向上很容易弯曲，10厘米那个方向上就很难弯。
姜海涛还把抛杆设计成从根部向尖头逐渐变细变窄的形状。虽然不知道具体该怎么计算和缩小，但记忆中的一些起重机、桥梁等告诉他：一根伸出去的吊臂，前面细一些可以降低自重，又不影响强度。
于是姜海涛让工匠们做了几个方木，首先把三根直径3寸的竹竿夹起来，而且上下两根被刨出了斜面，前面尖薄。然后在竹竿、方木的上下，分别横排三根竹竿，中间的一直到头长2丈，两旁的长1丈。这样到最后，就形成一个从根到尖逐渐缩小的简易工字形竹竿梁。拉杆这头，则是把抛杆上除中心那根以外的竹竿都向后延长2尺，然后在中间增加一些硬木，上下横线位置用一对5尺长的竹竿加宽，形成一个更大一些的工字形竹竿梁。
就这样，一根长达2.2丈，大头高宽15寸，小头高10来寸、宽3寸的工字形竹竿梁，就完成了。不过它的重量还是达到了150斤。
可是还没等到它被制成真正的抛石车，刚刚进行承重试验，姜海涛就遇到了重大挫折——工字形竹竿梁在粗的一头挂上近千斤的重物，另一端挂上近百斤模拟石弹的重物后，就产生了明显的变形，而且开始扭曲。再使劲晃一晃，竹竿梁就完全扭转，随后折断了！
姜海涛沮丧地看着毁坏的竹竿梁，和工匠们一起寻找问题所在。很显然，捆绑结构不够结实，竹竿之间很容易滑动移位。另外，夹在中间的那两根被刨出斜面的竹竿，也显然失去了原有的坚固性，分劈、折断得最严重。(去看看小说网 www.7kankan.com)
工匠们觉得应该换用更粗的竹杆，比如五六寸，或者增加数量。但姜海涛不想那样做，因为这会大大增加抛杆的重量。果然，按照工匠们说的方法估算后，紧紧把3寸竹竿换成5寸的，竹竿梁的重量就会达到400多斤，超了一倍多。必须再设法降低。
随着工匠们的讨论，姜海涛想到了一个解决办法，那就是放弃模仿工字钢，改学吊车的大梁，那种由很多钢管组成三角形的结构。他让工匠们用四根直径5寸的竹竿，顶部紧紧地捆扎在一起，后部则张开，夹住一根方形硬木板，结果形成一个类似金字塔的形状。木板的两侧有突出的圆轴，将来是抛杆的旋转中心。竹竿最后的2尺是拉杆部分，几条绳索把它们向中间拉紧。
这样，整个杠杆看起来简单多了，重量也降低到了280斤。虽然还是很大，但它顺利通过了承重试验，两端可以分别承受上万斤的重物和数百斤的石弹。姜海涛也知道，这是静止状态下的，如果快速转动，抛杆这头的承重能力肯定会大大降低，但几十斤还是应该能达到。他觉得可以用这个杠杆完成一台抛石车的制造，先试试到底能抛多远，顺便寻找一下抛杆重量和最大射程之间的关系。
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按照姜海涛的设想，这抛石车如果不能把几十斤的石头抛到百步之外，就没什么实用价值。因此抛射的石弹以5斤为标准制造了一些，包括少数10斤、20斤、30斤的重型石弹。为了方便，他们干脆把一些碎石用麻布包紧，组合成一个5斤的“布袋弹”。抛杆顶端的篾筐被加大一点，里面还铺上麻布，防止布袋弹挂在上面。
姜海涛还要了一些比较大的麻布，缝成麻袋，填上石土，调整到150斤重，作为标准配重。可是就算麻布，在现在也是高档商品。他加上哄骗、贿赂归苓所得，也不过弄出20袋标准配重。最后归通出主意，收集了一些破损不太严重的陶瓮、水罐，填上石土当重物，总算凑够了50个。
为了尽量减轻“废重量”，拉杆现在只有2尺长了。去看看小说网 w-W-w.7-K-aNKan.c-o-m。虽然拉杆更长，可以增加做功距离，但也同时增加了重物下落所需要的空间。2尺长的拉杆，已经需要重物下落2.8尺。再加上吊挂重物的绳索、竹筐，下面的空间已经不多了。姜海涛甚至不得不把放重物的竹筐加宽，以便可以放下更多重物，同时不让它们下落后撞到地面。
把重物筐拆下来，换成十几根甚至几十根绳索，就变成了拉绳式。靠人拉绳，倒是可以把拉杆增加到3尺长，抛射时需要往下拉动4.2尺，已经有半人多高。拉绳手把双手向上伸直后，一直拉到蹲下，可以达到这个长度，甚至5尺多长。但是大家经过试验后，发现十几个人站到拉杆下，要想完成这4.2尺的拉动，就不能站得太密，否则无法蹲下身体。可是站得队形分散后，旁边的人在拉杆变低后，拉绳太斜，感觉用不上劲。今后要是几十个人，就更不容易排列、协调了。于是他们暂时不打算把拉杆加长。
杠杆中间那个硬木轴的两端，被姜海涛增加了一对青铜套。通过造弩时的摩擦试验，大家已经知道青铜之间的摩擦系数要比硬木之间小很多，因此姜海涛毫不犹豫地要采用金属轴承。好在整个青铜轴套，包括轴瓦，只消耗了两把青铜剑的材料。
木架的结构，基本上还是与最初那个实验型抛石车的一样，但重新造了两套，更粗更结实，以便承受更大的重物。特别是上面的横梁，要承受抛杆的撞击，现在有一尺粗了。为了在一丈多高的地方安装它，姜海涛还设计了一种折叠梯。
造两个木架，是因为姜海涛造了两种杠杆。一个木架将安装那根长2.2丈的杠杆，另外一个将装一根1.15丈的杠杆。它的截面和长的那根基本一样，只不过更短——抛杆那头长1丈，拉杆长1.5尺，重量也只有前面那根杠杆的一半多点，150斤。姜海涛将用它进行对比试验。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
在工场组装完成后，大家马上对这两架抛石车进行了简单的试验，结果却很快发现它们的威力不像预期的那样大，只比过去的藉车强一点点。
那辆长杆抛石车，10个人根本拉不动。姜海涛这时想到了一个测量抛杆废重量的简单办法：在抛杆那头不放石弹，拉杆这头看需要多少重量才能撬起抛杆。测量结果是25斤，可是他随即又意识到这和转动时的惯性并不一样。
随后的试验中，姜海涛动员了所有能找到的人，包括附近负责宫城警卫的步卒，终于凑足了50人，结果也只把一个5斤射弹抛出了24步。装上10个5斤射弹后，最大射程17步。这个结果连刚刚翻过城墙都未必能行。
把拉绳的人换成配重后，效果更差。50个150斤配重，只能把5斤射弹抛出近20步，10个射弹15步。
短杠杆的抛石车，用50个配重时，一个5斤射弹能抛出22步，10个射弹能抛出17步，比长杠杆的远10%，但也属于没用的。它在用人拉绳时，表现就进步了很多。50个人，可以把5斤射弹抛出43步。抛8个5斤射弹，还可以达到30步。
不过这些数据和姜海涛的目标比起来，还是差了很多。他看着两辆抛石车，心说这杠杆的重量看来真是极其重要。因为在短杠杆的抛石车上，50个人提供的能量应该是比用长杠杆时少，但射程却高了一倍多，原因只有一个——杠杆变短后减小了废重量。
于是姜海涛想和先前试验那个单竿抛石车一样，对试验数据进行一些计算分析。
首先是计算能量利用效率。他发现拉绳时，人数越多，射弹越轻，能量利用效率最高，而且短杠杆的抛石车效率更高。50人用短杠杆抛5斤、20斤射弹时，效率都可以达到80%多点；10人抛5斤射弹时也可以接近50%。用长杠杆时，效率最高只能达到60%，最大射程也从43步降低到24步，明显差多了。配重式抛石车的情况则不一样。长杠杆的最大效率要比短杠杆高，分别可以达到55%和50%。在长杠杆上，配重越多，射弹越轻，效率越高；而在短杠杆上，最高效率出现在25个配重时。姜海涛由此猜测，这抛石车的效率大概和杠杆的长度，还有配重的多少都有关系。如果做很多的试验，大概能找出一个效率最高的情况。
第二项分析就是看能不能找出这个废重量是多少。可是他发现所有的四种结构中，拉力增加一倍后，即便抛射10个5斤射弹，射程也超过了拉力增加前抛射一个5斤射弹的最大射程。这说明抛杆的废重量超过了50斤。
他又反复思考，想出了一个理论推算方法。在一个抛石机上，50个配重提供的能量应该是固定的，那么射弹每次分到的能量＝射弹重量÷（射弹重量＋废重量）。这个能量和最大射程是呈正比的。按照这个关系，以及5斤和50斤射弹的射程数据，他可以列出一个方程式，计算出未知的废重量。
按照这个方法，姜海涛算出了四个结果：长杠杆采用拉绳时，废重量114斤左右；采用配重时废重量129斤左右；短杠杆采用拉绳时，废重量为73斤多；采用配重时，废重量133斤左右。重量之大让他有点惊讶，而且短杠杆采用拉绳和配重时的差别也让他很惊讶。即使排除测量射程时的误差，似乎也不应该出现这种情况。是不是有什么地方没考虑到呢？
姜海涛费了半天心思，也无法进一步分析出子丑寅卯，于是暂时放弃了努力。反正不管怎么说，现在这个150斤的杠杆，废重量为73～133斤，280斤的长杠杆为114～129斤。如果他能把废重量降低一半，就可以在现有基础上把射程提高一倍。但是这个目标实现起来似乎很不容易。而且就算实现了，最大射程也不过40～86步，离他“两三百步”的海口差了好远，跟砲弩比起来就更差了。
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归豹、养敖、归通等人也抽空来看了试验，对这两辆抛石车的表现感到有些失望。不过在他们看来，现在的神臂弩、砲弩已经非常厉害了，应该赶紧造一些出来用。而且他们还惦记着抽水机呢。姜海涛也深感这抛石车的减重问题难度很大，只能放着慢慢解决，于是他答应归豹，自己在完成重力加速度的测量后，就立刻开始批量制造踏张弩、砲弩和神臂弩，研制抽水机。
归通不太明白为什么非要测量什么“重力加速度”，听了姜海涛的解释后才知道，他是要帮助归豹建立一套自己的度量衡。
原来姜海涛想起了工字钢。物理课上讲什么金属材料强度时，有个同学的老爸是工程师，于是他在课外向大家吹嘘，为什么要用工字钢。当时姜海涛和其他一些同学听了后恍然大悟：有不少钢材集中在工字钢的上下两端，也就是那两条横线上；而承受上下方向的弯曲力矩，主要就靠上下两端的材料。这就好比一块截面高10厘米、宽1厘米的钢板，在1厘米那个方向上很容易弯曲，10厘米那个方向上就很难弯。
姜海涛还把抛杆设计成从根部向尖头逐渐变细变窄的形状。虽然不知道具体该怎么计算和缩小，但记忆中的一些起重机、桥梁等告诉他：一根伸出去的吊臂，前面细一些可以降低自重，又不影响强度。
于是姜海涛让工匠们做了几个方木，首先把三根直径3寸的竹竿夹起来，而且上下两根被刨出了斜面，前面尖薄。然后在竹竿、方木的上下，分别横排三根竹竿，中间的一直到头长2丈，两旁的长1丈。这样到最后，就形成一个从根到尖逐渐缩小的简易工字形竹竿梁。拉杆这头，则是把抛杆上除中心那根以外的竹竿都向后延长2尺，然后在中间增加一些硬木，上下横线位置用一对5尺长的竹竿加宽，形成一个更大一些的工字形竹竿梁。
就这样，一根长达2.2丈，大头高宽15寸，小头高10来寸、宽3寸的工字形竹竿梁，就完成了。不过它的重量还是达到了150斤。
可是还没等到它被制成真正的抛石车，刚刚进行承重试验，姜海涛就遇到了重大挫折——工字形竹竿梁在粗的一头挂上近千斤的重物，另一端挂上近百斤模拟石弹的重物后，就产生了明显的变形，而且开始扭曲。再使劲晃一晃，竹竿梁就完全扭转，随后折断了！
姜海涛沮丧地看着毁坏的竹竿梁，和工匠们一起寻找问题所在。很显然，捆绑结构不够结实，竹竿之间很容易滑动移位。另外，夹在中间的那两根被刨出斜面的竹竿，也显然失去了原有的坚固性，分劈、折断得最严重。(去看看小说网 www.7kankan.com)
工匠们觉得应该换用更粗的竹杆，比如五六寸，或者增加数量。但姜海涛不想那样做，因为这会大大增加抛杆的重量。果然，按照工匠们说的方法估算后，紧紧把3寸竹竿换成5寸的，竹竿梁的重量就会达到400多斤，超了一倍多。必须再设法降低。
随着工匠们的讨论，姜海涛想到了一个解决办法，那就是放弃模仿工字钢，改学吊车的大梁，那种由很多钢管组成三角形的结构。他让工匠们用四根直径5寸的竹竿，顶部紧紧地捆扎在一起，后部则张开，夹住一根方形硬木板，结果形成一个类似金字塔的形状。木板的两侧有突出的圆轴，将来是抛杆的旋转中心。竹竿最后的2尺是拉杆部分，几条绳索把它们向中间拉紧。
这样，整个杠杆看起来简单多了，重量也降低到了280斤。虽然还是很大，但它顺利通过了承重试验，两端可以分别承受上万斤的重物和数百斤的石弹。姜海涛也知道，这是静止状态下的，如果快速转动，抛杆这头的承重能力肯定会大大降低，但几十斤还是应该能达到。他觉得可以用这个杠杆完成一台抛石车的制造，先试试到底能抛多远，顺便寻找一下抛杆重量和最大射程之间的关系。
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按照姜海涛的设想，这抛石车如果不能把几十斤的石头抛到百步之外，就没什么实用价值。因此抛射的石弹以5斤为标准制造了一些，包括少数10斤、20斤、30斤的重型石弹。为了方便，他们干脆把一些碎石用麻布包紧，组合成一个5斤的“布袋弹”。抛杆顶端的篾筐被加大一点，里面还铺上麻布，防止布袋弹挂在上面。
姜海涛还要了一些比较大的麻布，缝成麻袋，填上石土，调整到150斤重，作为标准配重。可是就算麻布，在现在也是高档商品。他加上哄骗、贿赂归苓所得，也不过弄出20袋标准配重。最后归通出主意，收集了一些破损不太严重的陶瓮、水罐，填上石土当重物，总算凑够了50个。
为了尽量减轻“废重量”，拉杆现在只有2尺长了。去看看小说网 w-W-w.7-K-aNKan.c-o-m。虽然拉杆更长，可以增加做功距离，但也同时增加了重物下落所需要的空间。2尺长的拉杆，已经需要重物下落2.8尺。再加上吊挂重物的绳索、竹筐，下面的空间已经不多了。姜海涛甚至不得不把放重物的竹筐加宽，以便可以放下更多重物，同时不让它们下落后撞到地面。
把重物筐拆下来，换成十几根甚至几十根绳索，就变成了拉绳式。靠人拉绳，倒是可以把拉杆增加到3尺长，抛射时需要往下拉动4.2尺，已经有半人多高。拉绳手把双手向上伸直后，一直拉到蹲下，可以达到这个长度，甚至5尺多长。但是大家经过试验后，发现十几个人站到拉杆下，要想完成这4.2尺的拉动，就不能站得太密，否则无法蹲下身体。可是站得队形分散后，旁边的人在拉杆变低后，拉绳太斜，感觉用不上劲。今后要是几十个人，就更不容易排列、协调了。于是他们暂时不打算把拉杆加长。
杠杆中间那个硬木轴的两端，被姜海涛增加了一对青铜套。通过造弩时的摩擦试验，大家已经知道青铜之间的摩擦系数要比硬木之间小很多，因此姜海涛毫不犹豫地要采用金属轴承。好在整个青铜轴套，包括轴瓦，只消耗了两把青铜剑的材料。
木架的结构，基本上还是与最初那个实验型抛石车的一样，但重新造了两套，更粗更结实，以便承受更大的重物。特别是上面的横梁，要承受抛杆的撞击，现在有一尺粗了。为了在一丈多高的地方安装它，姜海涛还设计了一种折叠梯。
造两个木架，是因为姜海涛造了两种杠杆。一个木架将安装那根长2.2丈的杠杆，另外一个将装一根1.15丈的杠杆。它的截面和长的那根基本一样，只不过更短——抛杆那头长1丈，拉杆长1.5尺，重量也只有前面那根杠杆的一半多点，150斤。姜海涛将用它进行对比试验。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
在工场组装完成后，大家马上对这两架抛石车进行了简单的试验，结果却很快发现它们的威力不像预期的那样大，只比过去的藉车强一点点。
那辆长杆抛石车，10个人根本拉不动。姜海涛这时想到了一个测量抛杆废重量的简单办法：在抛杆那头不放石弹，拉杆这头看需要多少重量才能撬起抛杆。测量结果是25斤，可是他随即又意识到这和转动时的惯性并不一样。
随后的试验中，姜海涛动员了所有能找到的人，包括附近负责宫城警卫的步卒，终于凑足了50人，结果也只把一个5斤射弹抛出了24步。装上10个5斤射弹后，最大射程17步。这个结果连刚刚翻过城墙都未必能行。
把拉绳的人换成配重后，效果更差。50个150斤配重，只能把5斤射弹抛出近20步，10个射弹15步。
短杠杆的抛石车，用50个配重时，一个5斤射弹能抛出22步，10个射弹能抛出17步，比长杠杆的远10%，但也属于没用的。它在用人拉绳时，表现就进步了很多。50个人，可以把5斤射弹抛出43步。抛8个5斤射弹，还可以达到30步。
不过这些数据和姜海涛的目标比起来，还是差了很多。他看着两辆抛石车，心说这杠杆的重量看来真是极其重要。因为在短杠杆的抛石车上，50个人提供的能量应该是比用长杠杆时少，但射程却高了一倍多，原因只有一个——杠杆变短后减小了废重量。
于是姜海涛想和先前试验那个单竿抛石车一样，对试验数据进行一些计算分析。
首先是计算能量利用效率。他发现拉绳时，人数越多，射弹越轻，能量利用效率最高，而且短杠杆的抛石车效率更高。50人用短杠杆抛5斤、20斤射弹时，效率都可以达到80%多点；10人抛5斤射弹时也可以接近50%。用长杠杆时，效率最高只能达到60%，最大射程也从43步降低到24步，明显差多了。配重式抛石车的情况则不一样。长杠杆的最大效率要比短杠杆高，分别可以达到55%和50%。在长杠杆上，配重越多，射弹越轻，效率越高；而在短杠杆上，最高效率出现在25个配重时。姜海涛由此猜测，这抛石车的效率大概和杠杆的长度，还有配重的多少都有关系。如果做很多的试验，大概能找出一个效率最高的情况。
第二项分析就是看能不能找出这个废重量是多少。可是他发现所有的四种结构中，拉力增加一倍后，即便抛射10个5斤射弹，射程也超过了拉力增加前抛射一个5斤射弹的最大射程。这说明抛杆的废重量超过了50斤。
他又反复思考，想出了一个理论推算方法。在一个抛石机上，50个配重提供的能量应该是固定的，那么射弹每次分到的能量＝射弹重量÷（射弹重量＋废重量）。这个能量和最大射程是呈正比的。按照这个关系，以及5斤和50斤射弹的射程数据，他可以列出一个方程式，计算出未知的废重量。
按照这个方法，姜海涛算出了四个结果：长杠杆采用拉绳时，废重量114斤左右；采用配重时废重量129斤左右；短杠杆采用拉绳时，废重量为73斤多；采用配重时，废重量133斤左右。重量之大让他有点惊讶，而且短杠杆采用拉绳和配重时的差别也让他很惊讶。即使排除测量射程时的误差，似乎也不应该出现这种情况。是不是有什么地方没考虑到呢？
姜海涛费了半天心思，也无法进一步分析出子丑寅卯，于是暂时放弃了努力。反正不管怎么说，现在这个150斤的杠杆，废重量为73～133斤，280斤的长杠杆为114～129斤。如果他能把废重量降低一半，就可以在现有基础上把射程提高一倍。但是这个目标实现起来似乎很不容易。而且就算实现了，最大射程也不过40～86步，离他“两三百步”的海口差了好远，跟砲弩比起来就更差了。
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归豹、养敖、归通等人也抽空来看了试验，对这两辆抛石车的表现感到有些失望。不过在他们看来，现在的神臂弩、砲弩已经非常厉害了，应该赶紧造一些出来用。而且他们还惦记着抽水机呢。姜海涛也深感这抛石车的减重问题难度很大，只能放着慢慢解决，于是他答应归豹，自己在完成重力加速度的测量后，就立刻开始批量制造踏张弩、砲弩和神臂弩，研制抽水机。
归通不太明白为什么非要测量什么“重力加速度”，听了姜海涛的解释后才知道，他是要帮助归豹建立一套自己的度量衡。
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