第28卷，第3期2011年6月科学技术哲学研究
StudiesinPhilosophyofScienceandTechnologyVol．28No．3Jun．，2011
齿轮机构对人类文化的作用
黄
勇
1，2
（1．太原科技大学人文社科学院，太原030024；2．西北大学数学与科学史研究中心，西安710068）
摘要：以齿轮为核心部件的自动机器对近代科学的建立起了非常重要的作用。首先，齿轮式钟表提供了精
确计时的手段，促进了科学实验的发展；其次，齿轮机构承受了来自蒸汽机的巨大动力压力，使得印刷机等自动机器得以面世，推动了近代科学的形成与发展；最后，自动机器直接演化为自动计算机器，其影响力一直持续到今天。
关键词：齿轮；近代科学；精确计时；机械计算器中图分类号：N09
文献标识码：A
文章编号：1674－7062（2011）03－0072－04
一齿轮带来的精确计时
对近代科学建立的作用
近代科学发端于哥白尼天文理论、伽利略运动学理论和哈维心血运动理论，这似乎与齿轮毫无关系。但是，在这些理论形成的背后，齿轮机构起了关键的技术支撑作用。
众所周知，近代科学是对古希腊科学的复兴。过去有一种传统认识，认为古希腊科学是在纯理智的活动中诞生的。动手实验、设计使用仪器是奴隶做的事情，与高贵的哲学家毫无关系。这种观点被普赖斯长时间的研究所打破，古希腊有复杂的、用于天文和计时的精密仪器。普赖斯仔细研究了1900——一堆含有刻度标尺和年的水下考古发现的器物—
复杂齿轮系的青铜制品，认定这是公元前65年的一部天文钟。
1900年，从安第凯瑟诺岛附近的水下发现了大量的艺术品，这些艺术品在水下沉睡了两千多年后，又在博物馆待了几十年，直到普赖斯重新发现并研究它们。经过二十多年的研究，普赖斯把科学仪器的使用时间向前推到了公元前一世纪。在这套装置中，起关键作用的是齿轮系。齿轮之间紧密的咬合，保证了稳定的传动关系，从而为精确计时提供了
【收稿日期】2009－05－04【作者简介】黄
［1］
条件。
从11世纪在修道院使用重锤驱动的摆钟开始，
到1344～1362年间，意大利的帕多瓦、热那亚、玻伦现存最早的实物在伦亚和费拉拉都装上了机械钟，
［2］
敦南肯欣顿的科学博物馆。这种摆钟依靠一组互相啮合的齿轮来传递摆锤产生的动力，保证了周期性的往复运动。人类追求精确的观念与精确计时装置的产生有着极为密切关系，应当说，以齿轮为关键部件的计时装置在近代科学的建立过程中，起了非常重要的作用。这种观念的变革，是推动近代科学思想形成的重要动力。精确的计时装置使得定量的科学研究有了技术保证，这种精确性诱发了新的哲学思想，科学得以超越古希腊的成就，进入到了近代化的进程中。
（一）精确计时引发血液循环理论
在生物学领域，革命性的进步与精确计时装置密切相关。生物学第一次革命是哈维对盖伦的血液运动理论的纠正，而引导哈维推翻盖伦理论的核心思想，来源于哈维对心脏输出血量的定时测量。哈维在塞尔维特等人的发现以及自己的老师法
1537～1619）对静脉瓣的发现的布里休斯（Fabricus，
启发下，在大学期间就着手研究血液运动。哈维从心脏每次搏动压入动脉的血液量及心脏一分钟搏动
勇（1969－），男，四川乐山人，太原科技大学人文社科学院副教授，西北大学数学系博士后，研究方向为近
现代数学史。
的次数，计算出心脏半小时内把身体血液的总量压入动脉。其结果只能用双重循环来说明。一个循环再回到心脏的左室，另是血液从心脏的右室到肺部，
一个循环是从左室搏出的动脉血，沿动脉到达全身再回到右心室。
他的实验说明，人体在半小时内由心脏排出的血液量，相当于全身血液的总重量。他认为这么多的血不可能在半小时内由肝脏制造出来，也不可能
唯一的可能是血在肢体的末端这么快地被吸收掉，
液在全身沿着一条封闭的路线做循环运动。经过深
入研究，他在1628年出版的《动物的心血运动及解一书中，用大量的实验材料论证了血液剖学研究》
的循环运动。这就是血液的大循环，也即我们今天所谓的体循环。
［2］
（三）精确计时奠基运动学
16世纪以后，由于战争和生产的需要，科学有促进了了飞速的发展。各种齿轮传动系统的出现，运动理论、抛射体等方面的研究。精确计时装置对力学的发展，提供了必要的技术条件。力学的发展依靠计时，我们常说，力学是研究机械运动的学科，力学分为静力学和动力学两大门类。在精确计时装置产生之前，静力学已经非常这是因为静力学与时间的关系不大。而动系统化，
力学则完全不同，动力学与时间的精密度量紧密相关，所以动力学是与时间的精密测定同步发展的。动力学在人类的知识史中扮演着极为重要的角色，自然界的两类基本运动：抛体运动和天体的轨道运动，都是非匀速运动，研究存在加速度的运动，只有依赖动力学。事实上，牛顿所揭示的万有引力定律，就是以伽利略发现的地球上的抛体运动规律和开普勒发现的天体运动规律为基础的。
1641年，伽利略曾试图利用摆的等时性制造但他未能完成，一年后便去世了，于是制造摆钟钟，
的任务历史性地由荷兰学者惠更斯（1629～1695）担当了。1657年，年仅27岁由于发现土星光环而知名的年轻学者惠更斯完成了摆钟的设计。同年，荷兰的钟表匠制成了首架摆钟。次年，惠更斯出版，了他的专著《摆钟》不仅详细描述了摆钟的机构，更重要的是发表了一系列关于单摆与动力学的重要研究结果。例如，惠更斯系统地研究了圆周运动，引进了向心力和向心加速度的概念。他在理论上论证了单摆的等时性并给出了其周期公式。
［3］
显然，如果没有精确到分钟的计时装置，这个测
量工作无法完成。而齿轮装置是精确计时的重要部件，由于齿轮的出现，人类文化开启了崭新的一页。
（二）精确计时引发天文观测的革命在1543年之后，精确测量成为科学的同义语，精确计时装置的意义超出了时间的范围，投射到了更加广阔的领域中去。天文学中的测微计极大地提高了第谷的观测精度，为开普勒发现行星运动定律准备了精确数据。
——开普勒———牛顿的发展链条中，在第谷—对精度的追求是最基本的推动力。第谷发现，即使基《普鲁士星表》于哥白尼模型的也有两天的误差，这而要做到这一使他坚定地认为必须提高观测精度，
点，必须改进观测仪器。1575年，第谷在丹麦的汶岛建立起了他的观测基地，通过他独特设计的六分仪和象限仪，第谷把观测精度提高到了1’的误差范围内。第谷在汶岛长年累月长达21年的观测记录成为宝贵的遗产，为天体力学的最终建立，奠定了关键性的基础。开始于16世纪的对精度的普遍要求，是第谷科学成就的基本社会条件。
对精度的要求导致了各类科学仪器的研制和使1609年，意大利科学家伽利略（1564～1642）把用，
荷兰制镜工人的发明用到了天文学中，做了一件以前从未有人做过的事情：把望远镜对准了天空。在伽利略手中，望远镜揭示了许多支持哥白尼主义的证据：1610年，伽利略发现金星也有盈亏变化，也就是也有位相变化。这种现象用哥白尼的理论可以很好地解释，但是托勒密理论则无法做到。足见，精密仪器在近代科学的产生和发展中的作用有多么的大。
摆钟的发明对钟表精度的改进是非常关键的。在此之前，最好的钟一昼夜误差大约15分钟，而当时最好的摆钟可以调整到一昼夜误差不大于10秒。迄今两百多年间，精确计时装置用于测量各种物理光速、各种振动频率、周期、各种物体量。测量声速、
各门学科和各门技术的发展的运动以及体育运动，
无不得益于钟表的帮助。如果没有高精度的计时装
勒麦于1672～1676年间进行的光速测量将是不置，
可能的，甚至不会想到测量光的速度。而光速的数
是至关重要的。值对电磁学的发展来说，
精确性思想还促进了近代电学和热学的发展。
1785年，库仑制成电秤，用来精确测定电力，他建立起了与万有引力定律形式类似的电荷作用力定律：库仑定律，在电学中引进了定量研究。1702年，阿蒙顿制成空气温度计；1724年，荷兰工人华伦海特在他的论文中，建立了华氏温标；1742年瑞典的摄
73
尔修斯定义水的沸点为零度，冰的熔点为100度，后来施勒默尔将两个固定点倒过来，建立了摄氏温标。这些方面的工作为近代科学的发展奠定了基础。
加法器计算机，或者加法器计算机对于天文计算来
说，也许没有多大用处，但是加法器计算机却以独特的方式开辟了近代科学的新路径。
（二）齿轮机构对自动机器的作用
开辟了科学史外史研究的赫森在他的著名论文《牛顿＜原理＞的社会经济根源》：“14世纪陆中说路运输速度不超过每天5到7英里。由于货轮的巨大装载能力和更快的运输速度，很自然地，海洋和河道水运占据了很大一部分：由10到12头牛拉的两轮牛车最多也载不了两吨货物，而一个平均规模的货轮能载多达600吨货物。14世纪，从君士坦丁堡
陆路是海路的三倍。然到威尼斯的旅程所用时间，
而，即使是这一时期的海上运输也很不完善：由于在
宽阔的海上确定船只位置的良好方法还没有发明，他们只能沿海岸线航行，而这大大阻碍了运输速度。从而，商业资本的发展向运输提出了许多技术问”这些问题包括：货轮吨位及速度的提高；货题。
轮航行质量的完善：其可靠性、适航能力、对礁石的
对方向的敏感反应和转向的灵活性等。规避、
在解决这些问题的同时，人们开始设计路上交通的新工具。其中最重要的机构是齿轮系传动装置。齿轮的特点非常鲜明，它可以保证传动比的恒
从而提高传动精度。齿轮耐受的传动功率和定性，
圆周运动角速度范围较大，适用于大功率传动。正由于这样的特点，齿轮系机构为蒸汽机提供了很好的传动系统。很显然，如果没有传动装置，仅仅有一
自动机器装置又台动力机是完全无用的。反过来，
提出了力学、热学、材料学等方面的问题，极大地促
进了近代科学的建立。
自动机器思想的出现，促进了动力机器的产生。15世纪，16、17世纪战争工“重兵器已经高度完善，业给冶金业提出了巨大需求。仅1652年3月和4
12月月，克伦威尔（Cromwell）就需要335门大炮，外加117000份又追加总重量2230吨的1500支枪，
枚炮弹和5000枚手雷。于是，矿藏的最有效开采变矿石所在的深度。得至关重要了。首要的问题是，然而，矿井越深，在其中工作就变得越困难和危险。必需大量用于抽水、矿井通风和把矿石提升到地面的设备，还必须要开矿和规划矿井作业的知识。为了提升矿石和抽水，建造了泵和提升设备（辘轳和
风能和瀑布能量都被付诸使水平螺旋设备）；畜力、
用。由于矿井的加深，水的转移成了最主要的技术
任务之一，一种完整的抽水系统开始出现。阿格里科拉在书中描述了三种排水设备、七种泵，以及六种
［6］
二齿轮机构对机器文化的作用
（一）齿轮机构对计算机文化的作用
文艺复兴时期的艺术大师达·芬奇设想造一个
他曾经打算设计一台加法器，但是由于条件计算机，
的限制未能实现。哥白尼以后，天文学发展进入了
一个新的时期。天文学中遇到的大量的繁重的计算工作，使天文学家特别关心计算工具的改革。随着钟表业的产生和发展，使人们考虑像钟表这样的装那么也可以用这种装置置可以用齿轮传动来完成，来改造计算工具。1623年，德国人什卡尔特在写给开普勒的信里，详细介绍了他设计的一种计算机，它主要是由加法器、乘法器和记录中间结果的机构三部分组成的。加减分别由带有十个齿的齿轮与相应的传动装置来进行。乘法要用绕在转轴上的乘法表，除法则化成重复加减，进位机构是连接轴上只有一个齿的辅助齿轮。
［4］
计算工具革新的重要一步是帕斯卡做出的。1642年，19岁的帕斯卡研制了一台能做加法和减法的计算器。他用若干齿轮表示数字，利用齿轮啮合
低位的齿轮每转十圈，高位的齿轮就转一圈，装置，
实现了进位。计算器上面有一排窗口，用来显示答案。对应于每个数字轮，都配有一个拨盘。在进行，加法运算时，每个拨盘都先拨“0”让每个窗口都显“0”，然后拨一个加数，再拨另一个加数，窗口就示
显示出和数。在进行减法运算时，先要把计算器上面的金属直尺往前推，接着拨被减数，再拨减数，差值就自动显示在窗口上。
接着，莱布尼兹提出了直接进行机械乘法的设计思想。他的机器能在瞬时间里完成很大数字的乘除，而不必进行连续的加减运算。莱布尼兹计算器主要由不动的计数器和可动的定位机构两部分组
分别有10个齿的齿成。不动部分有12个读数窗，
轮，用以显示数字。可动部分有一个大圆盘和8个
小圆盘。用圆盘上的指针确定数字，然后把可动部分移至需要计算的数值，并转动大圆盘进行运算。整个机器由一套齿轮系统传动，可动部分的移动用一个摇柄控制，其中的滑架移位机构，简化了多位数的乘除运算。
［5］
齿轮以一种非常独特的方式，延伸了人脑的功能。现在虽然没有证据表明当时的天文学家使用了
用勺舀和桶装以排水的设备，共16种提升水的器
［6］”1698年，械。萨弗里制成了一台可以从矿井中抽水的蒸汽机，这是第一台被实际应用的蒸汽机，用来为煤矿主节省高额的排水费用。至此，以齿轮系作为传动系统的自动机器找到了动力源，其后发展出来的富尔顿轮船、史蒂文森火车等自行运输工具，为蒸汽机提供了施展威力的舞台。动力机器不仅为自
自动机器提供了动力，而且现实地推动行交通工具、
了科学的发展。
（三）齿轮机构对文化传播机器的作用我们曾提到时钟用齿轮，时钟用齿轮已经具有弧线表面，并注意了齿距等问题，但是尚未形成齿形16世纪时，理论。也就是说，已经注意到齿距的精
但是，虽说可以连续确是确保连续运转的前提之一，
运转，但是被动齿轮的速度仍旧无法成为稳定的固
所以人们逐渐将研究的重点转向齿形理论，以定值，
保证稳定传输连续运动。17世纪，人们逐渐找出合
即摆线齿形与渐开线齿形。1674年乎条件的齿形，
齿形开始采用外摆线曲线。外摆线是大小两外切
圆，小圆在大圆外侧绕着大圆滚动，此时，小圆上的一个定点绕着大圆而画出来的曲线。1694年人们正确解决了摆线齿轮的咬合问题。
齿轮机构的成熟，推广了齿轮系的应用范围，重
———印刷机———应运而生。印要的知识传播工具—
刷机的出现，使得知识的传播变得异常便捷。1609
年，德国出现了第一张报纸，而机械化的印刷方式提高了知识传播的速度，书籍的印刷更加容易了。关
我们需要强调的是于印刷机的重要作用无需敷衍，
齿轮在印刷机的机械结构中的核心位置。虽然不能
简单地把近代科学的产生归结为机械化的出现，但是，机械化的社会对整个科学的影响，是此前任何力量都无法相比的。
齿轮传动装置在印刷机器中是很重要的部件，它起着输送纸张和传输动力的双重作用。质言之，齿轮是一切机械必不可少的核心部件，是机械化的原始要素。从此，科学摆脱了古代范式，进入了近代科学以机械自然观统领的学科建制模式。
三结语
齿轮是自动机器的核心部件。如果没有齿轮，根本无法实现精确传动，机械钟表就不会出现，精确的近代科学就缺少了必要的计时工具；如果没有齿轮，稳定的连续传动同样无法实现，蒸汽机所提供的强大动力无法传输出去，动力学问题极有可能被忽视；如果没有齿轮，自动计算机器不可能被设计出近代科学的大量计算任务很有可能被贻误。正来，
因为如此，齿轮在近代科学的建立过程中，起到了重要的技术支持。
同时，齿轮机构为计算机、印刷机、自动机的出在人类文化的发展中，扮演了极现提供了技术基础，为重要的角色。
【参
考
文
献】
［1］M］．石家庄：河北科学技术普赖斯．巴比伦以来的科学［
2002：33．出版社，
［2］M］．天津：百花文艺出版社，2002：玛格纳．生命科学史［
183．
［3］M］．北京：北京大学出版社，2000：152．雅克米．技术史［［4］．上海：复旦大学出版社，巴萨拉．技术发展简史［M］
2000：78．
［5］M］．北京：沃尔夫．十六、十七世纪科学、技术和哲学史［
1985：627．商务印书馆，［6］赫
．Journalof森．“牛顺《原理》的社会经济根源”［J］ShandongUniversityofScienceandTechnology，2008（2）：6－18．
ActionofonGearMechanismHumanCulture
2
HUANGYong1，
（1．HumanitiesCollege，TaiyuanUniversityofScienceandTechnology，Taiyuan030024，China；2．ResearchCenterforHistoryofMathematicsandScience，NorthwestUniversity，Xi’an710068，China）Abstract：Thegearasthecorecomponentofmodernscienceautomaticmachinesplaysaveryimportantrole．First，geartypehorologicprovidesaccuratetimingmeans，andpromotesthedevelopmentofthescientificexperiments．Sec-ondly，gearmechanismbearsfromthesteamengineunderpressuretremendouspower．Lastly，automaticcomputingmachinesdirectlyevolvedfromautomaticmachine．
Keywords：gear；modernscience；accuratetiming；automaticcomputingmachines
（责任编辑
魏屹东）
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第28卷，第3期2011年6月科学技术哲学研究
StudiesinPhilosophyofScienceandTechnologyVol．28No．3Jun．，2011
齿轮机构对人类文化的作用
黄
勇
1，2
（1．太原科技大学人文社科学院，太原030024；2．西北大学数学与科学史研究中心，西安710068）
摘要：以齿轮为核心部件的自动机器对近代科学的建立起了非常重要的作用。首先，齿轮式钟表提供了精
确计时的手段，促进了科学实验的发展；其次，齿轮机构承受了来自蒸汽机的巨大动力压力，使得印刷机等自动机器得以面世，推动了近代科学的形成与发展；最后，自动机器直接演化为自动计算机器，其影响力一直持续到今天。
关键词：齿轮；近代科学；精确计时；机械计算器中图分类号：N09
文献标识码：A
文章编号：1674－7062（2011）03－0072－04
一齿轮带来的精确计时
对近代科学建立的作用
近代科学发端于哥白尼天文理论、伽利略运动学理论和哈维心血运动理论，这似乎与齿轮毫无关系。但是，在这些理论形成的背后，齿轮机构起了关键的技术支撑作用。
众所周知，近代科学是对古希腊科学的复兴。过去有一种传统认识，认为古希腊科学是在纯理智的活动中诞生的。动手实验、设计使用仪器是奴隶做的事情，与高贵的哲学家毫无关系。这种观点被普赖斯长时间的研究所打破，古希腊有复杂的、用于天文和计时的精密仪器。普赖斯仔细研究了1900——一堆含有刻度标尺和年的水下考古发现的器物—
复杂齿轮系的青铜制品，认定这是公元前65年的一部天文钟。
1900年，从安第凯瑟诺岛附近的水下发现了大量的艺术品，这些艺术品在水下沉睡了两千多年后，又在博物馆待了几十年，直到普赖斯重新发现并研究它们。经过二十多年的研究，普赖斯把科学仪器的使用时间向前推到了公元前一世纪。在这套装置中，起关键作用的是齿轮系。齿轮之间紧密的咬合，保证了稳定的传动关系，从而为精确计时提供了
【收稿日期】2009－05－04【作者简介】黄
［1］
条件。
从11世纪在修道院使用重锤驱动的摆钟开始，
到1344～1362年间，意大利的帕多瓦、热那亚、玻伦现存最早的实物在伦亚和费拉拉都装上了机械钟，
［2］
敦南肯欣顿的科学博物馆。这种摆钟依靠一组互相啮合的齿轮来传递摆锤产生的动力，保证了周期性的往复运动。人类追求精确的观念与精确计时装置的产生有着极为密切关系，应当说，以齿轮为关键部件的计时装置在近代科学的建立过程中，起了非常重要的作用。这种观念的变革，是推动近代科学思想形成的重要动力。精确的计时装置使得定量的科学研究有了技术保证，这种精确性诱发了新的哲学思想，科学得以超越古希腊的成就，进入到了近代化的进程中。
（一）精确计时引发血液循环理论
在生物学领域，革命性的进步与精确计时装置密切相关。生物学第一次革命是哈维对盖伦的血液运动理论的纠正，而引导哈维推翻盖伦理论的核心思想，来源于哈维对心脏输出血量的定时测量。哈维在塞尔维特等人的发现以及自己的老师法
1537～1619）对静脉瓣的发现的布里休斯（Fabricus，
启发下，在大学期间就着手研究血液运动。哈维从心脏每次搏动压入动脉的血液量及心脏一分钟搏动
勇（1969－），男，四川乐山人，太原科技大学人文社科学院副教授，西北大学数学系博士后，研究方向为近
现代数学史。
的次数，计算出心脏半小时内把身体血液的总量压入动脉。其结果只能用双重循环来说明。一个循环再回到心脏的左室，另是血液从心脏的右室到肺部，
一个循环是从左室搏出的动脉血，沿动脉到达全身再回到右心室。
他的实验说明，人体在半小时内由心脏排出的血液量，相当于全身血液的总重量。他认为这么多的血不可能在半小时内由肝脏制造出来，也不可能
唯一的可能是血在肢体的末端这么快地被吸收掉，
液在全身沿着一条封闭的路线做循环运动。经过深
入研究，他在1628年出版的《动物的心血运动及解一书中，用大量的实验材料论证了血液剖学研究》
的循环运动。这就是血液的大循环，也即我们今天所谓的体循环。
［2］
（三）精确计时奠基运动学
16世纪以后，由于战争和生产的需要，科学有促进了了飞速的发展。各种齿轮传动系统的出现，运动理论、抛射体等方面的研究。精确计时装置对力学的发展，提供了必要的技术条件。力学的发展依靠计时，我们常说，力学是研究机械运动的学科，力学分为静力学和动力学两大门类。在精确计时装置产生之前，静力学已经非常这是因为静力学与时间的关系不大。而动系统化，
力学则完全不同，动力学与时间的精密度量紧密相关，所以动力学是与时间的精密测定同步发展的。动力学在人类的知识史中扮演着极为重要的角色，自然界的两类基本运动：抛体运动和天体的轨道运动，都是非匀速运动，研究存在加速度的运动，只有依赖动力学。事实上，牛顿所揭示的万有引力定律，就是以伽利略发现的地球上的抛体运动规律和开普勒发现的天体运动规律为基础的。
1641年，伽利略曾试图利用摆的等时性制造但他未能完成，一年后便去世了，于是制造摆钟钟，
的任务历史性地由荷兰学者惠更斯（1629～1695）担当了。1657年，年仅27岁由于发现土星光环而知名的年轻学者惠更斯完成了摆钟的设计。同年，荷兰的钟表匠制成了首架摆钟。次年，惠更斯出版，了他的专著《摆钟》不仅详细描述了摆钟的机构，更重要的是发表了一系列关于单摆与动力学的重要研究结果。例如，惠更斯系统地研究了圆周运动，引进了向心力和向心加速度的概念。他在理论上论证了单摆的等时性并给出了其周期公式。
［3］
显然，如果没有精确到分钟的计时装置，这个测
量工作无法完成。而齿轮装置是精确计时的重要部件，由于齿轮的出现，人类文化开启了崭新的一页。
（二）精确计时引发天文观测的革命在1543年之后，精确测量成为科学的同义语，精确计时装置的意义超出了时间的范围，投射到了更加广阔的领域中去。天文学中的测微计极大地提高了第谷的观测精度，为开普勒发现行星运动定律准备了精确数据。
——开普勒———牛顿的发展链条中，在第谷—对精度的追求是最基本的推动力。第谷发现，即使基《普鲁士星表》于哥白尼模型的也有两天的误差，这而要做到这一使他坚定地认为必须提高观测精度，
点，必须改进观测仪器。1575年，第谷在丹麦的汶岛建立起了他的观测基地，通过他独特设计的六分仪和象限仪，第谷把观测精度提高到了1’的误差范围内。第谷在汶岛长年累月长达21年的观测记录成为宝贵的遗产，为天体力学的最终建立，奠定了关键性的基础。开始于16世纪的对精度的普遍要求，是第谷科学成就的基本社会条件。
对精度的要求导致了各类科学仪器的研制和使1609年，意大利科学家伽利略（1564～1642）把用，
荷兰制镜工人的发明用到了天文学中，做了一件以前从未有人做过的事情：把望远镜对准了天空。在伽利略手中，望远镜揭示了许多支持哥白尼主义的证据：1610年，伽利略发现金星也有盈亏变化，也就是也有位相变化。这种现象用哥白尼的理论可以很好地解释，但是托勒密理论则无法做到。足见，精密仪器在近代科学的产生和发展中的作用有多么的大。
摆钟的发明对钟表精度的改进是非常关键的。在此之前，最好的钟一昼夜误差大约15分钟，而当时最好的摆钟可以调整到一昼夜误差不大于10秒。迄今两百多年间，精确计时装置用于测量各种物理光速、各种振动频率、周期、各种物体量。测量声速、
各门学科和各门技术的发展的运动以及体育运动，
无不得益于钟表的帮助。如果没有高精度的计时装
勒麦于1672～1676年间进行的光速测量将是不置，
可能的，甚至不会想到测量光的速度。而光速的数
是至关重要的。值对电磁学的发展来说，
精确性思想还促进了近代电学和热学的发展。
1785年，库仑制成电秤，用来精确测定电力，他建立起了与万有引力定律形式类似的电荷作用力定律：库仑定律，在电学中引进了定量研究。1702年，阿蒙顿制成空气温度计；1724年，荷兰工人华伦海特在他的论文中，建立了华氏温标；1742年瑞典的摄
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尔修斯定义水的沸点为零度，冰的熔点为100度，后来施勒默尔将两个固定点倒过来，建立了摄氏温标。这些方面的工作为近代科学的发展奠定了基础。
加法器计算机，或者加法器计算机对于天文计算来
说，也许没有多大用处，但是加法器计算机却以独特的方式开辟了近代科学的新路径。
（二）齿轮机构对自动机器的作用
开辟了科学史外史研究的赫森在他的著名论文《牛顿＜原理＞的社会经济根源》：“14世纪陆中说路运输速度不超过每天5到7英里。由于货轮的巨大装载能力和更快的运输速度，很自然地，海洋和河道水运占据了很大一部分：由10到12头牛拉的两轮牛车最多也载不了两吨货物，而一个平均规模的货轮能载多达600吨货物。14世纪，从君士坦丁堡
陆路是海路的三倍。然到威尼斯的旅程所用时间，
而，即使是这一时期的海上运输也很不完善：由于在
宽阔的海上确定船只位置的良好方法还没有发明，他们只能沿海岸线航行，而这大大阻碍了运输速度。从而，商业资本的发展向运输提出了许多技术问”这些问题包括：货轮吨位及速度的提高；货题。
轮航行质量的完善：其可靠性、适航能力、对礁石的
对方向的敏感反应和转向的灵活性等。规避、
在解决这些问题的同时，人们开始设计路上交通的新工具。其中最重要的机构是齿轮系传动装置。齿轮的特点非常鲜明，它可以保证传动比的恒
从而提高传动精度。齿轮耐受的传动功率和定性，
圆周运动角速度范围较大，适用于大功率传动。正由于这样的特点，齿轮系机构为蒸汽机提供了很好的传动系统。很显然，如果没有传动装置，仅仅有一
自动机器装置又台动力机是完全无用的。反过来，
提出了力学、热学、材料学等方面的问题，极大地促
进了近代科学的建立。
自动机器思想的出现，促进了动力机器的产生。15世纪，16、17世纪战争工“重兵器已经高度完善，业给冶金业提出了巨大需求。仅1652年3月和4
12月月，克伦威尔（Cromwell）就需要335门大炮，外加117000份又追加总重量2230吨的1500支枪，
枚炮弹和5000枚手雷。于是，矿藏的最有效开采变矿石所在的深度。得至关重要了。首要的问题是，然而，矿井越深，在其中工作就变得越困难和危险。必需大量用于抽水、矿井通风和把矿石提升到地面的设备，还必须要开矿和规划矿井作业的知识。为了提升矿石和抽水，建造了泵和提升设备（辘轳和
风能和瀑布能量都被付诸使水平螺旋设备）；畜力、
用。由于矿井的加深，水的转移成了最主要的技术
任务之一，一种完整的抽水系统开始出现。阿格里科拉在书中描述了三种排水设备、七种泵，以及六种
［6］
二齿轮机构对机器文化的作用
（一）齿轮机构对计算机文化的作用
文艺复兴时期的艺术大师达·芬奇设想造一个
他曾经打算设计一台加法器，但是由于条件计算机，
的限制未能实现。哥白尼以后，天文学发展进入了
一个新的时期。天文学中遇到的大量的繁重的计算工作，使天文学家特别关心计算工具的改革。随着钟表业的产生和发展，使人们考虑像钟表这样的装那么也可以用这种装置置可以用齿轮传动来完成，来改造计算工具。1623年，德国人什卡尔特在写给开普勒的信里，详细介绍了他设计的一种计算机，它主要是由加法器、乘法器和记录中间结果的机构三部分组成的。加减分别由带有十个齿的齿轮与相应的传动装置来进行。乘法要用绕在转轴上的乘法表，除法则化成重复加减，进位机构是连接轴上只有一个齿的辅助齿轮。
［4］
计算工具革新的重要一步是帕斯卡做出的。1642年，19岁的帕斯卡研制了一台能做加法和减法的计算器。他用若干齿轮表示数字，利用齿轮啮合
低位的齿轮每转十圈，高位的齿轮就转一圈，装置，
实现了进位。计算器上面有一排窗口，用来显示答案。对应于每个数字轮，都配有一个拨盘。在进行，加法运算时，每个拨盘都先拨“0”让每个窗口都显“0”，然后拨一个加数，再拨另一个加数，窗口就示
显示出和数。在进行减法运算时，先要把计算器上面的金属直尺往前推，接着拨被减数，再拨减数，差值就自动显示在窗口上。
接着，莱布尼兹提出了直接进行机械乘法的设计思想。他的机器能在瞬时间里完成很大数字的乘除，而不必进行连续的加减运算。莱布尼兹计算器主要由不动的计数器和可动的定位机构两部分组
分别有10个齿的齿成。不动部分有12个读数窗，
轮，用以显示数字。可动部分有一个大圆盘和8个
小圆盘。用圆盘上的指针确定数字，然后把可动部分移至需要计算的数值，并转动大圆盘进行运算。整个机器由一套齿轮系统传动，可动部分的移动用一个摇柄控制，其中的滑架移位机构，简化了多位数的乘除运算。
［5］
齿轮以一种非常独特的方式，延伸了人脑的功能。现在虽然没有证据表明当时的天文学家使用了
用勺舀和桶装以排水的设备，共16种提升水的器
［6］”1698年，械。萨弗里制成了一台可以从矿井中抽水的蒸汽机，这是第一台被实际应用的蒸汽机，用来为煤矿主节省高额的排水费用。至此，以齿轮系作为传动系统的自动机器找到了动力源，其后发展出来的富尔顿轮船、史蒂文森火车等自行运输工具，为蒸汽机提供了施展威力的舞台。动力机器不仅为自
自动机器提供了动力，而且现实地推动行交通工具、
了科学的发展。
（三）齿轮机构对文化传播机器的作用我们曾提到时钟用齿轮，时钟用齿轮已经具有弧线表面，并注意了齿距等问题，但是尚未形成齿形16世纪时，理论。也就是说，已经注意到齿距的精
但是，虽说可以连续确是确保连续运转的前提之一，
运转，但是被动齿轮的速度仍旧无法成为稳定的固
所以人们逐渐将研究的重点转向齿形理论，以定值，
保证稳定传输连续运动。17世纪，人们逐渐找出合
即摆线齿形与渐开线齿形。1674年乎条件的齿形，
齿形开始采用外摆线曲线。外摆线是大小两外切
圆，小圆在大圆外侧绕着大圆滚动，此时，小圆上的一个定点绕着大圆而画出来的曲线。1694年人们正确解决了摆线齿轮的咬合问题。
齿轮机构的成熟，推广了齿轮系的应用范围，重
———印刷机———应运而生。印要的知识传播工具—
刷机的出现，使得知识的传播变得异常便捷。1609
年，德国出现了第一张报纸，而机械化的印刷方式提高了知识传播的速度，书籍的印刷更加容易了。关
我们需要强调的是于印刷机的重要作用无需敷衍，
齿轮在印刷机的机械结构中的核心位置。虽然不能
简单地把近代科学的产生归结为机械化的出现，但是，机械化的社会对整个科学的影响，是此前任何力量都无法相比的。
齿轮传动装置在印刷机器中是很重要的部件，它起着输送纸张和传输动力的双重作用。质言之，齿轮是一切机械必不可少的核心部件，是机械化的原始要素。从此，科学摆脱了古代范式，进入了近代科学以机械自然观统领的学科建制模式。
三结语
齿轮是自动机器的核心部件。如果没有齿轮，根本无法实现精确传动，机械钟表就不会出现，精确的近代科学就缺少了必要的计时工具；如果没有齿轮，稳定的连续传动同样无法实现，蒸汽机所提供的强大动力无法传输出去，动力学问题极有可能被忽视；如果没有齿轮，自动计算机器不可能被设计出近代科学的大量计算任务很有可能被贻误。正来，
因为如此，齿轮在近代科学的建立过程中，起到了重要的技术支持。
同时，齿轮机构为计算机、印刷机、自动机的出在人类文化的发展中，扮演了极现提供了技术基础，为重要的角色。
【参
考
文
献】
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．Journalof森．“牛顺《原理》的社会经济根源”［J］ShandongUniversityofScienceandTechnology，2008（2）：6－18．
ActionofonGearMechanismHumanCulture
2
HUANGYong1，
（1．HumanitiesCollege，TaiyuanUniversityofScienceandTechnology，Taiyuan030024，China；2．ResearchCenterforHistoryofMathematicsandScience，NorthwestUniversity，Xi’an710068，China）Abstract：Thegearasthecorecomponentofmodernscienceautomaticmachinesplaysaveryimportantrole．First，geartypehorologicprovidesaccuratetimingmeans，andpromotesthedevelopmentofthescientificexperiments．Sec-ondly，gearmechanismbearsfromthesteamengineunderpressuretremendouspower．Lastly，automaticcomputingmachinesdirectlyevolvedfromautomaticmachine．
Keywords：gear；modernscience；accuratetiming；automaticcomputingmachines
（责任编辑
魏屹东）
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