第二章 “大发明” 第三十九节 度量衡

    //7kankan.com//    在制造和试验抛石车的十来天里，工场里的滑道、铜球、单摆计时器也在同时制作，现在都已经准备好了。去看看小说网 www.7kaNKan.com。其中单摆计时器的准备时间最长，因为工匠们必须整整等一天，才能知道大时钟走了多少秒，然后调整它的钟摆。他们花了九天时间才让钟摆每天正好摆动43200个来回。单摆计时器跟着调整到同样的节奏。

    滑道的形状和姜海涛在物理实验课上见过的一样，只不过大了好几倍。一条弧线从1.2米高的地方弯下来，最后变成平的，连接到一段平板上。这条平板有10米多长，中间也有一道浅浅的沟槽，深浅和形状都很规整，是几位木匠慢慢凿出来后又仔细打磨，花了五天才完成的。一个铜球将放到1米高度，然后自由滚落。这些都和他在物理实验课上干过的差不多，最大的区别是测量速度的方法。

    虽然造出了大时钟，但和物理课上的秒表比起来，那精细度还是有天壤之别的。于是姜海涛想出了一个办法。

    两个单摆计时器被跨放在平板上，摆锤被一根细竹杆顶歪，偏在平板沟槽的一侧，细竹杆就横挡在沟槽上。当铜球沿平板沟槽滚过时，会先后撞开这两根竹杆，让两个单摆计时器启动。随后通过调整第二个单摆计时器的位置，让它正好在第一个单摆计时器摆完一个周期后被铜球触动，就表示铜球经过这两个地方的时间差正好是2秒。通过肉眼仔细对比两个单摆的运动，能够把这个时间差、距离调整得很精细。

    用这个办法，经过大半天的仔细调整和测量，姜海涛终于得到了铜球从1米高处滚落后的速度，4.443米/秒。然后根据势能、动能转换公式，算出重力加速度为9.8701245米/秒方。

    这和记忆中的重力加速度，9.8米/秒方，显然不一样。去看看小说网 w-W-w.7-K-aNKan.c-o-m。至于原因，自然是因为他现在的所谓“1米”，4.731尺，并不是国际标准制的“1米”。它是钟摆在摆动周期为2秒时的摆长。9.87和9.8的差别已经很小了，说明现在钟摆的摆长和国际标准的1米很接近。但是姜海涛还在想，能不能把它们更接近一些，甚至统一起来呢？

    姜海涛假设自己的1米，姑且叫做“1临时米”，等于国际标准制的“χ米”。把这个“χ”，还有“9.8米/秒方”带入铜球的势能公式，就得出χ的值是0.992895277，这也是钟摆的长度。那么国际标准制的“1米”，就等于“4.76485尺”。

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    他把归豹带到工场，向他介绍了这个新的长度单位，“米”。归豹很奇怪那个“9.8”到底是干什么的，姜海涛自己也感到很难解释。于是他转移话题，告诉归豹无论在什么地方，只要有一台准确的时钟，就能知道准确的一米是多长。这样，今后可以在任何地方校准尺子了。

    归豹等人觉得这不可能，于是姜海涛让他们随便拿了一根一米来长的竹杆，说自己不用尺子就能知道它多长。他把这根竹杆当作标准，让铜球从滑道上的这一高度落下，调整好单摆计时器，再用这竹杆测量长度，算出速度——4.832竹杆长度/秒。经过几次计算，他很快就告诉归豹，这根竹杆长0.83946米。结果用新的米尺一量，还真是0.839米长。［注023901］

    这一下归豹等人惊呆了，随后姜海涛提出的以新的“1米”作为标准长度单位，也就顺利得到认可。

    随后几天，姜海涛在“秒”和“米”的基础上完成了一整套新计量单位的规定，包括毫米、分、小时、公斤、克等等。去看看小说网 w-W-w.7-K-aNKan.c-o-m。他还造了一个简易的蒸馏装置：一块1米见方的薄铜板，斜放在陶罐的上方。利用这套装置收集到蒸馏水后，再放到一个严格按照10厘米边长凿出的木制容器中。这么多水的重量被姜海涛规定为1公斤，当然也是在室温条件下。［注023902］

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    于是在二十年12月17日，一套全新的计量单位在胡国诞生了。归豹为此得意了很长一段时间，但他只能悄悄地高兴。因为在和姜海涛、养敖、薳申商量后，他们决定暂时只在工场里使用这些新单位，不打算立刻推广出去。一是这种新的度量衡会遭到传统势力的一些阻碍，姜海涛还不想引起那么大麻烦；二是归豹想借着两种不同计量单位的同时使用，给工场里的各种新产品加一层保护，外人就算刺探出框锯、神臂弩等新发明的数据，也无法顺利仿造出来。

    工场里随后的工作就开始按照新的计量单位进行。姜海涛首先指挥工匠们打造了一批新的卡尺、米尺，然后他重新设计了踏张弩、神臂弩、砲弩，还有抛石车，把一些尺寸尽量取整，以方便制造和计算。不过弩弓的拉力他没法改了，只能换算过来。

    姜海涛已经通过测量知道，原来的1尺等于0.2099米，1斤相当于198克，1尺等于21厘米，1步为1.26米，1里是378米。因此标准弓的拉力1.6石，换算过来为31.68公斤。当然在实际中，弓的拉力并不一直都是这个值，有大有小，而且随着拉开的程度在变化。这1.6石，只不过是大致的平均值。姜海涛用新单位进行了几次测量后，发现弓弦从刚开始到完全拉满，拉力其实在29到32公斤之间，平均值在30.46公斤左右，因此他决定今后在计算中简化为30公斤作为标准。踏张弩自然就是60公斤。神臂弩、砲弩上可以增加一点竹片，把拉力调整到120公斤为标准。

    按照新的尺寸，几个工匠被派到大工场，负责批量制造200把踏张弩，这将消耗掉库存的400张弓，以及200多公斤青铜用于铸造弩机。神臂弩虽然很厉害，但每把需要4张弓，2.6公斤青铜。而且它重达7.6公斤，相当于15张弓的重量，比踏张弩重一半。单人使用神臂弩时很费劲，姜海涛建议只把它装到战车上。归豹也对能射500多米的砲弩更偏爱，因此神臂弩只准备造50把，用200张弓。另外400张弓，将用来制造100辆砲弩。

    任务布置起来简单，实行起来就不容易了。踏张弩、神臂弩还好说，砲弩可就麻烦点，因为100辆砲弩意味着100辆车。它们的要求不如战车那么高，但数目不小。以前每年胡国制造的战车总数也不过200辆，现在归豹则要仅仅依靠自己一家的力量造100辆。好在有了框锯、磨床等新式工具，蓼城之战后收编了一批工匠，薳氏一族的工匠们也可以借用。归通经过计算后认为他们可以在半年内完成。

    为了让砲弩既能曲射，也能平射，姜海涛根据养敖的建议，对砲弩的高低机、方向机进行了重新设计，制造了一种新结构的砲弩。

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    ［注023901］：假设这个竹杆长度为“χ米”，那么具体计算过程是

    铜球的势能为：χ米×1千克×9.8牛/千克＝χ×9.8焦耳

    落下后动能为：0.5×1千克×（4.832×χ）米/秒×（4.832×χ）米/秒＝11.674112×χ×χ焦耳

    两者应该相等：χ×9.8＝11.674112×χ×χ，9.8＝11.674112×χ，χ＝0.83946米。

    ［注023902］：这种先得到国际标准制的1秒，然后根据重力加速值9.8米/秒方，得到国际标准制1米的方法，可以根据中学物理知识推导出来。当然，这里开了一点小小的金手指，那就是初中物理只告诉你“9.8牛/公斤”，高中物理才把“牛顿”和“米”、“秒”联系起来。

    由于实际的重力加速度并不是9.8，和地理位置有很大关系，还有单摆计时器、铜球滚动距离等方面的测量误差，姜海涛得出的“1米”应该是有误差的。但只要他测量长度时可以精确到寸以下，即2毫米以下，最后的误差就不超过万分之六。确定“公斤”时，他的误差也不超过千分之二。有条件的朋友，比如初中物理老师，可以用这个“竹杆滑道法”试一试，看能不能仅靠一个秒表就测量出一个未知长度，误差有多少。

    笔者让姜海涛固执地干上面这些事，弄清楚春秋计量单位和国际标准计量单位之间的换算，对内是为了方便姜海涛自己，对外则是为了方便读者。

    看到很多穿越小说中用汉尺、唐尺，宋朝的步，清朝的石，我相信很多朋友都感到头大，还不便于直观地比较古代武器的性能。这本小说里，上面的砲弩、抛石车中反复出现的斤、步，肯定已经让诸位糊涂了。1斤＝0.198公斤，1步＝1.26米，差别都很大。今后不会有这类问题了。当然，归豹未必会采用“米”、“厘米”、“毫米”、“秒”、“升”、“焦耳”这些现代叫法。比如长度标准单位，多半会叫什么“归步”、“豹尺”、“胡丈”之类的，把“小时”叫做“时辰”或者“15辰23刻”，等等。但为了阅读方便，大家权且当作它们已被自动替换为现代单位。