时务分类文编卷十四
分为两直角形,而三角自随之而得矣。惟句股形有一角一边,或两边,能求余三事,何哉?句股系取直角,其直角九十度已知之,虽曰有一角一边,或两边,以直角合而论之,实二角一边,或二边一角也。夫以广为句,修为股,直角相对之边为弦,弦自乘等于句自乘加股自乘,此句股正数之所以立法也。句股中名目颇繁,如和、较、和和、较较等类。二事相加谓之和,二事相减谓之较。如句加股,句股和也;股减句,句股较也。弦加句股和,名曰弦和,和即三事和;弦加句股较,名曰弦较;和弦与句股和相较,名曰弦和较;弦与句股较相较,名曰弦较较。夫求句股,其法不一,而要不外比例相推。如句自乘等于股弦和乘股弦较;股自乘等于句弦和乘句弦较。试列比例表如左,凡句股诸题,按表驭之,庶觉简易。耳。
译将其分为两个直角三角形,那么三角形的其他要素也就随之求得了。只有直角三角形,已知一角一边,或者已知两边,就能求出其余三个未知量,这是为什么呢?因为直角三角形选取的是直角,其直角为九十度是已知的,虽然说是已知一角一边,或者已知两边,但结合直角来讨论,实际上就是已知两角一边,或者已知两边一角。以较短的直角边为句,较长的直角边为股,直角所对的边为弦,弦的平方等于句的平方加上股的平方,这就是直角三角形基本定理立法的依据。直角三角形中的名称很多,比如和、较、和和、较较等类别。两件事相加称为和,两件事相减称为较。例如句加股,就是句股和;股减句,就是句股较。弦加句股和,叫做弦和,这个和就是三边之和;弦加句股较,叫做弦较;弦和与句股和相比,叫做弦和较;弦与句股较相比,叫做弦较较。求解直角三角形的方法不止一种,但关键都不出比例推导。例如句的平方等于股弦和乘以股弦较;股的平方等于句弦和乘以句弦较。试着列出比例表如下,凡是直角三角形的各类题目,按照这个表来驾驭,大概会觉得简单容易了。
句股比例表
股弦和
句
弦较和
三事和
句
股弦较
弦和较
弦较较
弦较和
弦和较
倍句股较
倍股
三事和
弦较较
倍股
倍句弦和
句弦和
股
弦较较
三事和
股
句弦较
弦和较
弦较和
弦较较
弦和较
倍股弦较
倍句
三事和
弦较和
倍句
倍股弦和
地圆解
莫有镳
地圆如球,乃行星之一也。地极广大,视之似平坦,然细考之,知地圆而动,绕日而运行。其证不一,试略言之:如一大河,约四五英里,人低头平望,不见对岸之矮屋小舟,祇见高山大树,因水面微高,略成圆形,能遮目力之所及,其证一也。如人立海边高处,遥望大船驶来,初见桅顶,渐近则见船帆,更近则见船身。若望大船开行,船去稍远,则不见船身,更远则不见其桅,愈远则桅顶亦不见。夫船身大者也,桅帆小者也。若海面是平,则船之来也,应先见其大者,船之去也,应先不见其小者。今所见与此相反,因海面微圆,船身在底,远即不见,桅帆在高,远犹可见也,其证二也。凡月蚀时,见月面为黑影遮掩,此乃地球之影也。日与月相对,而地适在其中,日光照地,地后有影射于月面,故月蚀所谓月入闇虚,其黑影正圆,是知地球全体必是圆形,其证三也。人于平原无树林峦碍目之处,目力所极,视天地周界成一平圆,或登高塔,或在海船升乃顶,所见地面水面必有一定界线,四周成大平圆。若登高山,则四周之界更大,亦成平圆,界线外不能见,非蒙气差遮隔,乃地为圆体,目之视线直行,不能如弧线之弯,故不见也,其证四也。如以平线[测](则)量地面,相距一英里,地面微弯八英寸,距三英里约弯六英尺,距五英里微弯一丈六英尺,地体非圆,曷能如是,其证五也。凡诸曜显似绕地运行,或成大圜,或成小圜,不等。惟北辰居其所,似乎屹然不动,盖地体圆而自动运行不息,而南北不改其向,故觉诸曜循环而北辰不动也,其证六也。如开河道,各处河底深法不同,相距若干远,须差若干尺,各河工皆知之,其证七也。凡航海者,自某处驶行,或向西,或向东,俱能绕地一周而仍至原处,如船由中国扬帆西去,先过印度洋,又向西南过好望角,又向西行过,大西洋及南亚美理驾海角,又向西北过太平洋,直向西行,复至中国,可见地为圆体,其证八也。有航海者,船行近北极,则不见南极星;复驶船行近南极,则不见北极星,如蚁之在橙蒂,不见橙底,也是知地体为圆,其证九也。有此九证,显见地圆如球,岂虚语哉?查地球径中数约七千九百二十六英里,赤道径大于二极径约三百分之一,知地非正球,乃微扁,然其差甚微,虽目力极精者亦难辨也,因作地圆解。
西法代数本于中法四元说
姚模
从来理溯渊源,必由乎旧术;求敏捷,必出以新数学。自河洛图书而后,门类日增,精义日出,诸法繁多,理甚精奥,入者未深,迷眩矣。至本朝,西人以借根方法传入中国。借根方者,即西国古代数也。至近年而代数盛行,其式虽繁,而理尚明晰。然西法代数,即中法四元,不过阐而明之,集而补之。故曰代数本于四元。考四元之法,中国失传已久。嗣后,宋之秦九韶着《数书九章》,元之朱汉卿着《四元玉鉴》,李仁卿演《测圆海镜》诸书,至国初,皆无从可得。后由高丽得之,而四元遂复行。当六朝时,四元之法流入天竺,国名东来术。希腊有丢番都,因其法而用字代记号。而天竺后有精于丢氏者,代未知之数,用五色名,即秦九韶之大衍术,此为代数本于四元之始。元时意大利之薄那洗学自亚拉伯以传于其国。至明嘉靖、万历时,铁法利传于日耳曼,白勒得利传于法兰西,立可传于英吉利,皆仿东来术,易天地人物四字,而各用方言字母代已知之数及未知之数,此四元法流入各国之始。迨牛端出,始加以诸号,并作诸捷简法,依其浅
译句股比例表
股与弦的和
勾
弦与较的和
三者的和
勾
股与弦的较
弦与和的较
弦与较的较
弦与较的和
弦与和的较
两倍的勾与股的较
两倍的股
三者的和
弦与较的较
两倍的股
两倍的勾与弦的和
勾与弦的和
股
弦与较的较
三者的和
股
勾与弦的较
弦与和的较
弦与较的和
弦与较的较
弦与和的较
两倍的股与弦的较
两倍的勾
三者的和
弦与较的和
两倍的勾
两倍的股与弦的和
地圆解
莫有镳
地球像球体一样,是行星之一。地球极其广大,看上去似乎平坦,然而仔细考察,就知道地球是圆的并且在运动,绕着太阳运行。它的证据不止一种,试略述如下:比如一条大河,宽约四五英里,人低头平视,看不见对岸的低矮房屋和小船,只看见高山大树,因为水面微微隆起,略呈圆形,能遮挡住视力的所及之处,这是第一个证据。比如人站在海边高处,遥望大船驶来,先看见桅杆顶端,渐渐靠近才看见船帆,更近才看见船身。如果望大船开走,船走稍远,就看不见船身,更远就看不见桅杆,愈远连桅杆顶端也看不见。船身是大物体,桅杆船帆是小物体。如果海面是平的,那么船来的时候,应先看见大的部分;船走的时候,应先看不见小的部分。现在所见与此相反,因为海面微微弯曲,船身在底部,远了就看不见,桅杆船帆在高处,远了还能看见,这是第二个证据。凡是月食时,看见月面被黑影遮掩,这是地球的影子。太阳与月亮相对,而地球恰好在中间,日光照射地球,地球后面有影子投射在月面上,所以月食所说的月亮进入暗虚,那黑影正是圆的,由此知道地球整体必定是圆形的,这是第三个证据。人在平原没有树林山峦遮挡视线的地方,视力所及之处,看天地周界形成一个平圆,或者登上高塔,或者在海船上升到桅顶,所看到的地面水面必定有一定的界线,四周形成一个大平圆。如果登上高山,那么四周的界线更大,也形成平圆,界线外不能看见,不是大气折射遮挡隔绝,而是地球是圆体,眼睛的视线直行,不能像弧线那样弯曲,所以看不见,这是第四个证据。如果用水平线测量地面,相距一英里,地面微微弯曲八英寸,相距三英里约弯曲六英尺,相距五英里微微弯曲一丈六英尺,地球如果不是圆的,怎么能这样,这是第五个证据。凡是各种星辰看起来似乎绕着地球运行,有的形成大圆,有的形成小圆,大小不等。只有北极星居于其位,似乎屹立不动,这是因为地球是圆体并且自动运行不息,而南北方向不改变,所以觉得众星循环而北极星不动,这是第六个证据。比如开凿河道,各处河底深度不同,相距多远,就要相差多少尺,各河工都知道,这是第七个证据。凡是航海者,从某处驶行,或向西,或向东,都能绕地球一周而回到原处,比如船从中国扬帆西去,先经过印度洋,又向西南经过好望角,又向西经过大西洋及南美洲海角,又向西北经过太平洋,一直向西行,又回到中国,可见地球是圆体,这是第八个证据。有航海者,船行靠近北极,就看不见南极星;再驶船行靠近南极,就看不见北极星,就像蚂蚁在橙子蒂上,看不见橙子底部,这也知道地球是圆的,这是第九个证据。有这九个证据,明显看见地球圆如球体,难道是虚话吗?查地球直径约七千九百二十六英里,赤道直径比两极直径大约三百分之一,知道地球不是正球体,而是微微扁平,然而其差别很微小,即使视力极精的人也难以分辨,因此作《地圆解》。
西法代数本于中法四元说
姚模
历来道理追溯渊源,必定依据旧有的方法;寻求敏捷,必定出自新的数学。自从河图洛书之后,门类日益增多,精深的义理日益显现,各种方法繁多,道理非常精妙深奥,入门者不深入,就会迷惑眩乱。到了本朝,西方人将借根方法传入中国。借根方,就是西方古代数学。到了近年代数盛行,它的形式虽然繁杂,但道理尚且明晰。然而西方代数,就是中国的四元法,不过是阐明它、补充它。所以说代数本于四元。考察四元的方法,中国失传已久。此后,宋朝秦九韶著《数书九章》,元朝朱汉卿著《四元玉鉴》,李仁卿推演《测圆海镜》等书,到清初,都无法得到。后来从高丽得到,四元法于是重新流行。当六朝时,四元法流入天竺,国名东来术。希腊有丢芬图,依据这种方法而用字代替符号。而天竺后来有精通丢芬图方法的人,代替未知的数,用五色名称,即秦九韶的大衍术,这是代数本于四元的开始。元朝时意大利的波那文图拉从阿拉伯学到传入其国。到明朝嘉靖、万历年间,铁法利传到日耳曼,白勒得利传到法兰西,立可传到英吉利,都仿效东来术,改变天地人物四字,而各自用方言字母代替已知的数和未知的数,这是四元法流入各国的开始。等到牛顿出现,才开始加上各种符号,并制作各种快捷简便的方法,依据其浅
深难易之步数,集为代数大成。于是言算法者,不复知代数之本于四元矣。夫代数以字母相乘除,而四元以天地人物相因剔。代数相消之理,即四元所谓如积相消、齐同相消之理。代数有公生一名,公度数,又名公约数;大公生一名,大公度数,又名大公约数之名。四元有天勾、地股、人弦、物黄方之号,上下升降,左右进退,互相变化,用假象真,加正消负,同一理也。况推演四元之法,悉本方程;试演代数之法,亦本方程。推代数之所以通于方程者,以四元本于方程故也。四元法立天元一,立地元一;代数术有一次、二次,悉根方程之一色、二色而出。方程对减一遍,去一色而省一行,犹四元相消一遍,去一元而省一色,亦犹代数相消,一遍去一次,而省一事。由是观之,四元本于方程,而代数本于四元,可知矣。盖四元之法,中国失传,而后流入天竺,由天竺而传入欧西。经西人推阐增详,创为代数,复行于中国。习算者以四元简而深为难,以代数繁而浅为易,遂谓四元不及代数,中法不如西法。是未知代数之渊源与四元之奥旨也。
译深奥难懂的四元术步数,被汇集成为代数的集大成之作。于是谈论算法的人,不再知道代数的本源在于四元术了。四元术用天地人物来相因相剔,而代数用字母来相乘相除。代数中相消的道理,就是四元术中所谓的如积相消、齐同相消的道理。代数中有“公生”这一名称,即公度数,又名公约数;有“大公生”这一名称,即大公度数,又名大公约数。四元术有天勾、地股、人弦、物黄方的称号,上下升降,左右进退,互相变化,以假象求真,加正消负,其理是相同的。况且推演四元术的方法,全都基于方程;试演代数的方法,也基于方程。推究代数之所以能通于方程,是因为四元术本就源于方程的缘故。四元术设立天元一、地元一;代数术有一次、二次,全都根源于方程中的一色、二色而产生。方程对减一遍,去掉一色而省去一行,就像四元术相消一遍,去掉一元而省去一色,也像代数相消,一遍去掉一次,而省去一事。由此看来,四元术源于方程,而代数源于四元术,这是可以知晓的。大概四元术的方法,在中国失传,后来流入天竺,由天竺传入欧洲。经过西方人的推阐增详,创制为代数,又在中国流行。学习算法的人认为四元术简练而深奥所以难,认为代数繁杂而浅显所以易,于是说四元术不如代数,中国的方法不如西方的方法。这是不知道代数的渊源和四元术的深奥旨意啊。
释日月食
徐永铨
凡日月食,皆由一体之影掩一体。地为暗体,由日照而得光,其影于背日远处可见。日大于地,地影尽处必成尖锥形,所谓闇虚也。地影两旁更有一外虚影,离地影愈远,外虚之影愈淡。月绕地行,相离不远,地影常足掩月。使日、月与地三者正在一直线,必食。月食恒在望,其不屡食者,黄白二道斜交,月行近上、近下,不适相平,否则每月必食。食之分数不一,有时或至一二点钟之久。凡日食,月掩也。食时,月适居日地之中,月后有影射地面,人在影中不见日光,故成日食。日食恒在朔。凡月食,月入暗虚也。食时,地在日月之间,地后有影遮蔽月面,人不见其光,是为月食。月之受食深浅不同,月面半入地影者为半食,全入地影者为全食。至地影与月面两心相掩者,则为食甚矣。日半食时,月影射地,其处即见日食,在影外者仍见日光。至日食甚时,两心相掩,或作金环露于月边。其时月距地较远,使月之轨道与地之轨道同在一平面内,则日食恒见于朔,月食恒见于望。但二道斜交角约五度又四分之一,其斜交处谓之交点。日食初亏时,始于日之西,及复圆时,终于日之东。月食初亏时,始于月之东,及复圆时,终于月之西。按每年交食,多则七次,少则两次,约中计之,则有四次,即日食二次,月食二次。月食循环之序,大率每十九年而复转。常人向视日月食,第以为有咎,不知实为天文之要学焉。由月食可辨地为圆体,并知日大于地,地大于月,与夫月之运动。有时在地理家,则于交食可以定地之经线;在历家,亦可于交食考事之时宜。
释潮
徐永铨
海水于十二个半时长落二次,曰潮。潮乃关于日月之摄动也。海潮则以月之摄力为尤甚。天地万物皆有自然摄力。月当以其摄力摄水,惟相距愈远,摄力愈微。若距地加远平方之比,向月最近之水,其受摄力较多于地球对面向日之水。盖日距地远,月距地近,故也。天学家牛端考月摄潮之力大于日之摄力四倍。半月摄海水约高八英尺七寸,日月合力祇摄水约高十一尺耳。或问月之力摄正面之海水上升是矣,而同时相对背面之水亦上升,何也?曰:地与水皆受月之摄力,引动正面之水受摄力较地体多,故上升。对面之水受摄力较地体少,地去而水留,故亦上升也。所以地球两面相对之水同时发涨,而距涨潮相等之处,两面相对之水均为落潮。潮之盛长也,非在月过午线时,乃在月过午线后。凡物之静而动,动而静,不能立时改易,水势亦然。月过午线时,水应极长,月过午线后,水势仍长,不能立时即消也。夫海潮受日月摄力而成,浪顶恒随日月之视行,与日月之诸差相合。日月二浪有时合而相加,有时离而相减。朔望为二潮之和,两弦为二潮之较。故朔望时潮最大,名曰高潮;两弦时潮最少,名曰低潮。当月在赤道之北,月过午线在地平上时,其潮大;在地平下时,其潮小。若月在赤道之南,潮之大小与此相反。推是则月之向南也,月在平地下时,赤道对面之潮极大;月在平地上时,赤道对面之潮极小。同一理也。设令地面皆水,则潮之长落应无异时。所以各处地势潮汐不齐者,为岛及两大洲所滞耳。欲解其理,必按各处海岸沙滩及各河地势论之,自能明其所以然矣。洋中诸小岛潮长甚微,惟海湾河口其潮之高常由十二尺以至五十尺。高潮有时最高,低潮有时最低,皆在冬至后约十日,即西历正月元旦也。其时因日距地最近,其摄力必较壮于他时。潮高者遇其时,亦较盛于他时。太平洋之潮盛于大西洋之潮,而潮在大西洋热带内地界于阿非力加、亚美利加者,较少于在温带内之潮,以海面较耳。海面不宽,潮多阻塞,惟在大洋面由高至卑阔计九十度之处,潮乃畅流无滞云。
释电气摄力
潘行让
电气摄力者
译解释日月食
徐永铨
凡是日月食,都是因为一个天体的影子遮蔽了另一个天体。地球是暗体,依靠太阳照射才发光,它的影子在背向太阳的远处可以看见。太阳比地球大,地球影子的尽头必然形成尖锥形,这就是所谓的“闇虚”。地球影子的两旁还有一层外层的虚影,离地球影子越远,外层虚影就越淡。月亮绕着地球运行,距离不远,地球的影子常常足以遮蔽月亮。如果太阳、月亮和地球三者正好在一条直线上,就一定会发生食。月食总是发生在望日,之所以不是每次都发生,是因为黄道和白道斜交,月亮运行到偏上或偏下的位置,没有正好对齐,否则每个月都一定会发生食。食的亏缺程度各不相同,有时甚至持续一两个小时之久。凡是日食,都是月亮遮蔽太阳。发生食的时候,月亮正好位于太阳和地球之间,月亮后面的影子投射到地面上,处在影子里的人看不见日光,所以形成日食。日食总是发生在朔日。凡是月食,都是月亮进入闇虚。发生食的时候,地球位于太阳和月亮之间,地球后面的影子遮蔽了月面,人们看不见月光,这就是月食。月亮被食的程度深浅不同,月面一半进入地球影子的是半食,全部进入地球影子的是全食。到了地球影子中心与月面中心完全重合的时候,就是食甚了。日半食的时候,月影投射到地面,那个地方就看见日食,在影子外面的人仍然看见日光。到了日食甚的时候,两心重合,或者出现金环露在月亮边缘。那时月亮距离地球较远,假如月亮的轨道和地球的轨道在同一平面内,那么日食总是出现在朔日,月食总是出现在望日。但是两条轨道斜交的角度大约五度又四分之一,斜交的地方叫做交点。日食初亏时,从太阳的西边开始,等到复圆时,在太阳的东边结束。月食初亏时,从月亮的东边开始,等到复圆时,在月亮的西边结束。按照每年的交食次数,最多七次,最少两次,大约平均计算,有四次,即日食两次,月食两次。月食循环的顺序,大抵每十九年重复一次。普通人向来看待日月食,只认为是有灾祸,不知道这实际上是天文学的重要学问。通过月食可以辨别地球是圆体,并且知道太阳比地球大,地球比月亮大,以及月亮的运动。有时对于地理学家来说,可以通过交食来确定地球的经线;对于历法学家来说,也可以根据交食来考察时间的适宜性。
解释潮汐
徐永铨
海水在十二个半小时内涨落两次,叫做潮。潮汐与日月对地球的摄动有关。海潮则主要受月亮摄力的影响。天地万物都有自然的摄力。月亮应当用它的摄力吸引海水,只是距离越远,摄力越微弱。如果距离增加成平方比,朝向月亮最近的海水,受到的摄力多于地球背向月亮一面的海水。这是因为太阳距离地球远,月亮距离地球近的缘故。天文学家牛顿考察月亮摄动潮汐的力量大于太阳摄力的四倍。月亮单独摄动海水大约升高八英尺七寸,日月合力摄动海水大约只升高十一尺。有人问:月亮的力量摄动正面的海水上升是对的,但为什么同时相对背面的海水也上升呢?回答说:地球和海水都受到月亮的摄力,引动正面的海水受到的摄力比地球本体多,所以上升。背面的海水受到的摄力比地球本体少,地球被拉走而海水留下,所以也上升。因此地球两面相对的海水同时涨潮,而距离涨潮相等距离的地方,两面相对的海水都是落潮。潮汐的盛大增长,不是在月亮经过子午线的时候,而是在月亮经过子午线之后。凡是物体由静止到运动,由运动到静止,不能立刻改变,水势也是这样。月亮经过子午线时,水应该达到最高,月亮经过子午线后,水势仍然高涨,不能立刻消退。海潮受日月摄力而形成,浪顶总是跟随日月的视运动,与日月的各种差数相符合。日月两个浪有时合并相加,有时分离相减。朔望时是两个潮汐之和,两弦时是两个潮汐之差。所以朔望时潮汐最大,叫做高潮;两弦时潮汐最小,叫做低潮。当月亮在赤道以北,月亮经过子午线在地平以上时,潮汐大;在地平以下时,潮汐小。如果月亮在赤道以南,潮汐的大小与此相反。由此推知,月亮向南时,月亮在地平以下时,赤道对面的潮汐极大;月亮在地平以上时,赤道对面的潮汐极小。道理是一样的。假如地面都是水,那么潮汐的涨落应该没有不同时。所以各地地势潮汐不齐,是因为岛屿和两大洲的阻滞。要理解这个道理,必须根据各地海岸沙滩和各河流的地势来论述,自然就能明白其中的原因了。洋中的小岛潮汐涨落很微弱,只有海湾河口其潮汐高度常由十二尺到五十尺。高潮有时最高,低潮有时最低,都在冬至后大约十日,即西历正月元旦。那时因为太阳距离地球最近,其摄力必然比其他时候更强。高潮遇到那个时候,也比其他时候更盛大。太平洋的潮汐盛于大西洋的潮汐,而潮汐在大西洋热带内介于非洲、美洲之间的,少于在温带内的潮汐,因为海面较窄。海面不宽阔,潮汐多被阻塞,只有在洋面由高到低宽阔达九十度的地方,潮汐才畅通无阻。
解释电气摄力
潘行让
电气摄力
何?试以玻璃或琥珀一片,用干物或手擦热,令近轻微之物,如线、发、羽、芥等,彼物为摄力所吸,则互相黏连,移时始落。设以木箸一枝,两头插以轻塞,以丝线中悬使平,复以琥珀或火漆擦热,近轻塞而引之,箸即随之转运。此皆电气摄力也。凡摄轻物之力,即谓之电气摄力。物而有此摄力者,曰有电气质;为他物之摄力所摄者,曰受摄气质。物有擦之而不生摄力者,曰无电气质。人发、猫皮暗中擦之,常见电光,此皆有电之质也。格物家傅兰克论天下万物俱含电气流质,盖天然电气各物均平,惟电气互相牵引,故有摄力者其电气较多,无摄力者其电气较寡。试以传电之物,如五金一片,近多电之物处,则金片将物之余电传来,斯时所受之电气较其本质之电气为盛,此之谓正电气,正者有余之谓也。倘以传电之金片置近寡电之物,则金片之电气为物所分,斯时所有之电较其本质之电气为寡,此之谓负电气,负者不足之谓也。按电气流行,由有余传至不足者,其势易然。物有难传电气者,有不传电气者。凡电气相引,由正而引至负者,为引电质;其难传电及不能传电者,为阻电质。能引电之物,五金为最;不引电之物,琥珀、火漆、松香、玻璃、磁器、丝绸为最。凡物以电气架托之,则电气可储。如以玻璃为椅足,或置五金一片于玻璃之上,电气亦可储也。如欲多取电气流质以作别用,须用电气机器。机器类繁,以玻璃造者为大宗。有擦电之物,用以激电;有引电之物,用以储电;有托电之物,使电气不外散。其机器皆今电气运行者也。傅兰克谓人造之电气与在天之雷电相同,其理已经诸格物家讨论深矣。以雷电之形体与人所造之电气相较,不相径庭。夫电光灿烁闪出重霄,流行无定,而电光发响,其象则同。西人以风筝取电风筝上有铁齿,以线放于空中,接手处系以丝线,防引电也。丝麻相接处坠一铁匙,电由风筝下达时,见丝线蓬蓬立,以手近之,见有火星。后以此法蓄之于器,见其发光爆响,与人所造之电气无异焉。雷击极高之物,遇传电之物流行甚易,遇阻电之物则勃发热而成雷火,以至焚击爆裂,殛及生灵,此皆由电之流质而来也。西人有避电之法,于房屋最高处树一铁竿,长数丈,一端埋于地中,或近水处,一端高出于屋顶数尺,上有盆齿,以银包其尖,恐生锈也。雷电过之,即随铁竿下入于地,而人屋可保,此名防雷铁盖。雷性遇传电之物畅行无碍,若遇阻电之物,遏其流行之势,乃轰然作声,奋击为祸耳。
译这是什么原理呢?试着取一片玻璃或琥珀,用干燥的物品或手摩擦使其发热,让它靠近轻微的物品,如丝线、头发、羽毛、芥子等,那些物品会被吸附力吸引,从而互相黏连,过一会儿才掉落。假如用一根木筷子,两头插上轻质的塞子,用丝线从中间悬挂使其保持平衡,再用琥珀或火漆摩擦发热,靠近轻塞并牵引它,筷子就会随之转动。这些都是电气的吸附力。凡是能吸附轻物的力量,就称为电气吸附力。物体具有这种吸附力的,叫做有电气质;被其他物体的吸附力所吸引的,叫做受摄气质。物体摩擦后不产生吸附力的,叫做无电气质。人的头发、猫的皮毛在暗中摩擦,常能看到电光,这些都是具有电气质的物体。格物学家傅兰克论述天下万物都含有电气流质,大概天然的电气在各物体中是均衡的,只有当电气互相牵引时,才有吸附力,有吸附力的物体其电气较多,无吸附力的物体其电气较少。试着用能传导电的物体,如金属片,靠近电气较多的物体处,那么金属片会将该物体多余的电气传导过来,这时所受到的电气比其本质的电气更盛,这叫做正电气,“正”是指有余的意思。如果把传导电的金属片放在电气较少的物体附近,那么金属片的电气会被该物体分走,这时所有的电气比其本质的电气更少,这叫做负电气,“负”是指不足的意思。按照电气流行的规律,从有余传到不足,其趋势是自然的。物体有的难以传导电气,有的不能传导电气。凡是电气相互吸引,从正极吸引到负极的,叫做引电质;那些难以传导电及不能传导电的,叫做阻电质。能传导电的物体,以金属为最;不能传导电的物体,以琥珀、火漆、松香、玻璃、瓷器、丝绸为最。凡是物体用电气支架托住,那么电气就可以储存。比如用玻璃做椅子腿,或者在玻璃上放置一片金属,电气也可以储存。如果想要多获取电气流质以作其他用途,必须使用电气机器。机器种类繁多,以玻璃制造的为主流。有摩擦生电的物体,用来激发电;有传导电的物体,用来储存电;有托住电的物体,使电气不外散。这些机器都是让电气运行的装置。傅兰克说人造的电气与天上的雷电相同,其原理已经被各位格物学家深入讨论过了。将雷电的形态与人造的电气相比,没有多大差别。电光灿烂闪烁,从高空迸发,流动不定,而电光发出声响,其现象是相同的。西方人用风筝取电,风筝上有铁齿,用线放于空中,接手处系上丝线,以防传导电。在丝线与麻线相接处挂一把铁钥匙,当电从风筝向下传导时,看到丝线蓬松竖起,用手靠近,看到有火星。后来用这种方法将电储存在容器中,看到它发光爆响,与人造的电气没有区别。雷击极高的物体,遇到传导电的物体,流行非常容易,遇到阻电的物体则勃然发热形成雷火,以至于焚烧击打爆裂,伤害生灵,这都是由电气流质而来的。西方人有避雷的方法,在房屋最高处树立一根铁竿,长几丈,一端埋入地下,或靠近水的地方,一端高出屋顶几尺,上面有盆齿,用银包裹其尖端,以防生锈。雷电经过时,就顺着铁竿下入地下,而人的房屋可以得到保护,这叫防雷铁盖。雷的性质遇到传导电的物体畅通无阻,如果遇到阻电的物体,遏制其流行的势头,于是轰然作响,奋击成灾罢了。
气学浅说
戴儒珍
有冲漠先生言于凭虚公子曰:「今试然一洋灯,君以为何所有耶?」曰:「光以外莫之见也。」先生曰:「凡空管中自满空气,至灯一然,则空气由热气上升而出,而热气始散,盖热气轻于空气也。推之他管亦然。试观地球热带之风,每吹于南北极各处,从可知热气之能高出乎冷气矣。」按蒙各耳飞哀热气球始于西历一千八百年,球为亚拿乃蒙各耳飞哀昆仲所创制。其法以热气灌于球内,务令充足,待其热与球口生火处之热相等,则热气自足以高升乎冷气之上,而球亦与焉。高至极处约有七八百法尺。公子曰:「何妨作一球以试之?」先生曰:「一球不足以明其理,必作十球而后可。」公子曰:「是何言也?」先生曰:「不难知也。吾今以杯水和胰皂少许,再以笔管入水中吹之,君所见者何耶?」公子曰:「第见皂水中出无数[泡](苞)由管端飞入空际耳,何关乎热气球乎?」先生曰:「即此亦可明气学之理焉。泡之为吾所吹出者,盖口中之热气由管而入于水,热气既轻于冷气,自由水中上升而成泡耳。」公子曰:「何泡之不能极高耶?」先生曰:「口中吹出之气不甚热,一遇空气即复冷,故五色皂泡遂为点水而散入纤尘矣。」公子曰:「而今而后,吾无惑乎皂泡亦关于气学焉。」先生曰:「此亦格物之一道也。然犹有可试验者,如以一盆及一深玻璃杯,盆内置水仅半,复以引火纸一头然着放于杯内,急将杯倒置于盆,火即熄而盆中之水涨入杯内,因气中养气一经焚尽,水无不升于杯中。」公子曰:「此何故耶?」先生曰:「杯中有火,则所余之气均为淡气,初固热而涨,继即冷而少,终且成为空,故水受空气压力即泛以补其缺。」公子曰:「吾深喜此考验之法,请毕其说。」先生曰:「试往庖人处取一卵烧熟去其,再取一玻璃瓶用塞塞之,放于近火处烘之,待其瓶热极,急易此卵以塞之。」然后将此瓶离火,君又何所见耶?公子曰:「吾见此卵渐入瓶中矣。」先生曰:「其故因瓶为火烘热,则瓶中本有之空气皆为热气所迫而出。及至离火已远,则热气自减而渐成空。瓶中既空,则外之空气欲入,而适有此卵以阻之。卵虽阻,而气欲入,卵能不为气压令入瓶乎?」
释热
长庚
热之为物也,无声无臭,而其用至广。有从日而来者,有由火而生者,有因二物擦磨而出者。其从日而来者,与光直来,历程万万里。由火而生者,其热有光,与从日来者无异。地受太阳照临,热气甚盛,地心积热如大炉焉。地震即地中烈火所致,烈火发于火焰山,如地心之火炉烟,故常地中火出。至人身之热,则无光。人之觉暖也,由体内自有之热,非衣足以暖体也。衣以蔽体,使内热不速外散耳。二物擦磨而生热,亦有无光者,如以两滑棍相磨,祇觉其热而已。如木机器两端擦磨,热甚则生火。二木棍互相摩击,亦有火生。热能四散,如执一铁条,置彼端在火,俄而此端觉热,因传热速也。如二物相连,热能由此达彼。设有二物,一热一冷,互相依近,少顷二物冷热等矣。热之传也,视各物质以为迟速。铁传热最易,试持铁条,置一端于火热,即传至彼端。若为木条,传热必不若此之易也。盖木难传热,彼端然火,此端尚不觉其热耳。热能令物涨大,如火轮车之铁轨,两轨相接处必留空隙,防其因热铁涨也。车轮安置铁圈,必先炙其铁,铁热则涨,安之甚易,然后沃以水,铁圈缩紧,轮自坚固,即此理也。热能发舒天气,气热则涨,涨则轻轻则上升,而他处之气较冷较重,即向此处吹聚以补其空缺,所以天气时常鼓荡也。设严扃一暗室,仅开一隙,放光射入,窥光线中,见天气飞腾,或上或下,是知气遇热则升,他处之气吹来,此气之流行无滞也。风之起也,职是故耳。海涯晚风之凉爽也,因当昼地受日热,热甚则气升,清气吹来,故成
译气学浅说
戴儒珍
冲漠先生对凭虚公子说:“现在试着点燃一盏洋灯,您认为里面有什么呢?”公子说:“除了光以外,什么也看不见。”先生说:“凡是空管中本来充满了空气,等到灯一点燃,空气就随着热气上升而排出,而热气开始散发,这是因为热气比空气轻。推而广之,其他管子也是这样。试着观察地球热带的风,常常吹向南北极各处,由此可知热气能够高出冷气之上。”按:蒙戈尔菲耶热气球始于西历一千八百年,气球是由约瑟夫·米歇尔·蒙戈尔菲耶兄弟所创制。其方法是将热气灌入球内,务必使其充足,等到热气与球口生火处的热度相等,那么热气自然足以升到冷气之上,而气球也随之上升。高到极点时大约有七八百法尺。公子说:“不妨做一个气球来试一试?”先生说:“一个气球不足以阐明其道理,必须做十个气球才可以。”公子说:“这是什么意思?”先生说:“不难知道。我现在用一杯水和少许肥皂,再用笔管插入水中吹气,您看见的是什么?”公子说:“只见皂水中冒出无数气泡从管端飞入空中罢了,这与热气球有什么关系呢?”先生说:“即此也可以阐明气学的道理。气泡之所以被我吹出,是因为口中的热气通过管子进入水中,热气既然比冷气轻,自然从水中上升而形成气泡。”公子说:“为什么气泡不能升得很高呢?”先生说:“口中吹出的气不太热,一遇到空气就变冷,所以五彩的皂泡于是被水滴打散而化为尘埃了。”公子说:“从今以后,我不再疑惑皂泡也与气学有关了。”先生说:“这也是格物的一种方法。然而还有可以试验的,比如用一个盆和一个深玻璃杯,盆里装水仅一半,再把引火纸的一头点燃放在杯内,迅速将杯子倒扣在盆上,火就熄灭而盆中的水涨入杯内,因为气中的养气一经烧尽,水无不升于杯中。”公子说:“这是什么缘故呢?”先生说:“杯中有火,那么剩余的气体都是淡气,起初固然热而膨胀,接着就冷而收缩,最终成为真空,所以水受到空气压力就泛上来以填补其空缺。”公子说:“我深深喜爱这种考验的方法,请说完您的论述。”先生说:“试着去厨子那里取一个煮熟的鸡蛋去掉壳,再取一个玻璃瓶用塞子塞住,放在靠近火的地方烘烤,等到瓶子热到极点,迅速用这个鸡蛋塞住瓶口。”然后将此瓶离开火源,您又看见什么呢?公子说:“我看见这个鸡蛋渐渐进入瓶中了。”先生说:“其缘故是因为瓶子被火烤热,那么瓶中本有的空气都被热气逼迫而排出。等到远离火源,那么热气自然减少而逐渐形成真空。瓶中既然空虚,那么外面的空气想要进入,而恰好有这个鸡蛋阻挡它。鸡蛋虽然阻挡,而空气想要进入,鸡蛋能不被气压推入瓶中吗?”
释热
长庚
热这种东西,无声无臭,而它的用途极其广泛。有从太阳而来的,有由火产生的,有因两物摩擦而发出的。那从太阳而来的,与光直接而来,历程万万里。由火产生的,其热有光,与从太阳来的没有区别。大地受到太阳的照耀,热气非常旺盛,地心积聚的热气像大炉子一样。地震就是地中烈火造成的,烈火发于火焰山,如同地心火炉的烟,所以常常地中冒出火来。至于人身上的热,则没有光。人感觉温暖,是由于体内自有热气,并不是衣服足以温暖身体。衣服用来遮蔽身体,使内部的热气不迅速向外散发罢了。两物摩擦而产生热,也有没有光的,比如用两根光滑的棍子互相摩擦,只觉得热而已。比如木制机器两端摩擦,热得很厉害就产生火。两根木棍互相摩擦,也有火产生。热能四处散发,比如拿一根铁条,把它的一端放在火里,不久这一端也感觉热,因为传热速度快。如果两物相连,热能由此到达彼。假设有两物,一热一冷,互相靠近,过一会儿两物的冷热就相等了。热的传递,视各种物质的性质来决定快慢。铁传热最容易,试着拿铁条,把一端放在火里加热,就传到另一端。如果是木条,传热一定不像这样容易。因为木头难以传热,那一端烧火,这一端还不觉得热呢。热能令物体膨胀,比如火车的铁轨,两轨相接处必须留有空隙,防止因热铁膨胀。车轮安置铁圈,必须先炙烤铁圈,铁热则膨胀,安装就很容易,然后浇上水,铁圈收缩紧固,车轮自然坚固,就是这个道理。热能发散天气,气热则膨胀,膨胀则轻就上升,而其他地方的气较冷较重,就向此处吹聚以填补其空缺,所以天气时常鼓荡。假设严密关闭一间暗室,只开一个缝隙,放光射入,窥视光线中,看见天气飞腾,或上或下,由此知道气遇热则上升,其他地方的气吹来,这气的流行没有阻滞。风的兴起,就是这个缘故。海边晚风的凉爽,是因为白天大地受到太阳的热,热得很厉害则气上升,清气吹来,所以形成
海风也。热气恒轻于冷气,以气遇热则涨,而气之质并无所加,祗觉愈涨愈稀,愈稀愈轻。气遇冷则缩,而气之质并无所减,祇觉愈缩愈稠,愈稠愈重也。水与流质遇热则涨而薄,热甚流质即化气,如水热则化为蒸汽,实质遇热亦。涨惟不若气与水之甚耳。热之大者,由日而生。使世界无此热气,则庶物不育,草木不生。热之为用,大矣哉!
译这是海风。热气总是比冷气轻,因为气体遇到热就会膨胀,而气体的本质并没有增加,只是感觉越膨胀越稀薄,越稀薄越轻。气体遇到冷就会收缩,而气体的本质并没有减少,只是感觉越收缩越稠密,越稠密越重。水和液体遇到热就会膨胀变薄,热得厉害液体就会化为气体,比如水热了就会化为蒸汽,固体遇到热也会膨胀,只是不如气体和水那样显著罢了。巨大的热源,是由太阳产生的。如果世界没有这种热气,那么万物就无法繁育,草木也就不会生长。热的作用,真是伟大啊!
以方出圆解
叶尔昌
方者直线也,圆者弧线也。周髀所谓以方出圆者,以方之形度圆之分,圆数即从方数而出,与前说圆出于方之理合也。盖方象地,圆象天,方之体偶,圆之体奇。方象乎地,地易测也;圆象乎天,天难测也。然推天者以地准之,即以易测而测难测也。方之象偶,偶有尽也;圆之象奇,奇无尽也。然求奇者以偶定之,即以有尽而尽无尽也。故曰以方出圆也。管子能大圆者,体乎大方。”本此,如正圆求积,以径自乘为正方形,而以方率圆率比例求之,即得。又于圆内正方,画为句股,先得四边形,复求之得八边形,如是屡求,至亿万边与圆外切凑合,遂化圆周为直线,皆以方出圆之理也。又如绘图家,环矩为圆,矩方器也。以矩之一端为枢,以一端旋转为圆,此亦圆出于方之证也。盖万物之象,万象之数,皆不离方圆。孟子曰:“规矩,方圆之至。”《考工记》曰:“圆者中规,方者中矩。”《淮南子》云:“左手画方,右手画圆,方圆皆以对待言之。”实则以方出圆,圆之体非方不能定,圆之积非方不能求耳。
光气考
叶尔昌
物有其轻重,不可测,而附身方显其大力者四:光、热、电气及摄力是也。热及电气、摄力,释之于前。按化学,光与热有相因之理。试再言之,光之变化可于照相见之。更有时一物而具数色者,如一片之光,红、朱、黄、绿、蓝、青、紫各色灿呈,红居首,而[紫](且)居末。化物之光多生紫色,腐鱼及死畜臭烂者,其质恒化而为光,即朽光常发,所谓磷也。热气之用,主燠,能使流质若气质不凝,实为定质。倘人行近火,或日光射照,手上温暖自生,此即热气之证。按光之定位,紫色为殿,受热最微,而冠以红色,受热最重。热气随在可见,然亦有不可以求者,热由内化,不得而知,此所谓热气之隐蕴者也。譬少放热水于冰上,则水入冰中,热不敌寒,热气俄散不见。水未结为冰,而热先散;冰未融于水,而热已消。消则不可见,其热所消之热,必职所融之冰。然水少冰多,旋融则冰旋结矣。中蕴之热,亦能验知,如锤一铁,久之即见其发红;摩一干木,久之即见其生暖。是知铁与木皆蕴内热也。物去其热,当成定质,如水银去其热气,即变成实质,如银。此事有人航海近北极见之,北极热最微者也。热加于冰,则化为水,是谓融化;热加于水,则化为气,是谓气化;及热加于铁,则化为流质,是亦融化。若热至十分,有加无已,铁质或亦气化。石灰参水,热气暴发,放火焰能伤人,此何故也?盖水蕴内热,一遇石灰,热即外发,发则水之流质成定质。所谓定质者,以内少热耳。凡质皆有内热,但有多寡之不同。火酒内含热气,水亦如之。水酒相和,其热气较原酒、原水为盛,其故何也?盖两质搀匀则变杂质,杂质之热本不如凡质原热之多,今既两热相和,所以觉其然耳。
时务分类文编卷十五
算学 地舆
问开正负诸乘方孰为捷法
沈善蒸
按开正负诸乘方之法,用处最广。即如秦九韶之《数书》,李冶之《天元》,朱世杰之《四元》,皆有藉开正负诸乘方而得所求之数。开方必先定其初商,而正负诸乘方之初商最难定。因有益积连枝之异,甚有商多而余实反多,退商之而却尽之。式其方式,乘数加多则开之益难。故治天元者,恒以开方为难事。所以数学家精思设法,屡出新术。今将各术详释于左。
假如三乘方式为●●●●●法曰定初商为●以初商乘第一层隅此层数自下而上得●加入第二层下廉得●再以初商乘之得●加第三层上廉得●。再以初商乘之得●加入第四层方得●。再以初商乘之得●。加入上层负实异名减为加得┼为次商实 再以初商乘第一层隅四倍之得●。加入三倍下廉得●。再以初商乘之得●。加入倍上廉得●。再以初商乘之得●
译用方形推导出圆形
叶尔昌
方是直线,圆是弧线。《周髀算经》所说的“以方出圆”,是指用方形的形状来度量圆形的分划,圆的数值就从方的数值中推导出来,这与前面所说“圆出于方”的道理相吻合。大概方象征地,圆象征天,方的本质是偶数,圆的本质是奇数。方象征地,地容易测量;圆象征天,天难以测量。然而推算天象的人用地作为标准,也就是用容易测量的来测量难以测量的。方的象征是偶数,偶数是有尽头的;圆的象征是奇数,奇数是无穷无尽的。然而探求奇数的人用偶数来确定它,也就是用有尽头的来穷尽无终点的。所以说“以方出圆”。《管子》说:“能够画出大圆的人,是因为体悟了大的方形。”基于此,例如求正圆的面积,用直径自乘得到正方形,再用方率与圆率的比例来推算,就能得到结果。又如在圆内画正方形,将其划分为勾股,先得到四边形,再推算得到八边形,如此反复推算,直到亿万边形与圆外切吻合,于是将圆周转化为直线,这都是“以方出圆”的道理。又如绘图家,用圆规画圆,圆规是方形的器具。以圆规的一端为轴心,另一端旋转画出圆,这也是圆出于方的证明。大概万物的形象,万象的数值,都不脱离方与圆。孟子说:“圆规和曲尺,是方和圆的极致。”《考工记》说:“圆形的符合圆规,方形的符合曲尺。”《淮南子》说:“左手画方,右手画圆,方和圆都是相对而言的。”实际上是用方形推导出圆形,圆的形体没有方形就不能确定,圆的面积没有方形就不能求得。
光气考
叶尔昌
物体有轻重,不可测量,而依附于物体显现其巨大力量的有四种:光、热、电气和引力。热、电气和引力,前面已经解释过了。根据化学,光与热有相互依存的关系。再试言之,光的变化可以从照相见出来。有时一个物体具备多种颜色,如一片光,红、朱、黄、绿、蓝、青、紫色彩灿烂呈现,红色居首,而紫色居末。化学物质的光多产生紫色,腐烂的鱼和死畜,其物质常转化为光,即朽光常发,这就是所谓的磷。热气的作用,主要是温暖,能使流体和气体不凝固,实为固定物质。如果人靠近火,或日光照射,手上自然产生温暖,这就是热气的证据。根据光的定位,紫色居末,受热最微弱,而红色居首,受热最强烈。热气随处可见,但也有无法求得的,热由内部转化,不得而知,这就是所谓热气的隐蕴。比如将少量热水放在冰上,水渗入冰中,热不敌寒,热气随即消散不见。水尚未结成冰,而热先消散;冰尚未融于水,而热已消失。消散了就看不见,其热所消耗的热,必定是所融化的冰。然而水少冰多,刚融化就立刻结冰了。内部蕴含的热,也能验证得知,如锤打一块铁,久了就会看到它发红;摩擦一块干木,久了就会看到它产生温暖。由此可知铁与木都蕴含内热。物体去除其热,就会成为固定物质,如水银去除其热气,就变成实质,像银一样。这事有人航海靠近北极时见过,北极是热最微弱的地方。热加于冰,就化为水,这叫融化;热加于水,就化为气,这叫气化;热加于铁,就化为流体,这也叫融化。如果热达到十分,且不断增加,铁质或许也会气化。石灰掺水,热气暴发,放出火焰能伤人,这是什么原因呢?大概水蕴含内热,一遇到石灰,热就向外发散,发散后水的流体就变成固定物质。所谓固定物质,是因为内部热少。凡是物质都有内热,只是有多寡的不同。火酒内含热气,水也是如此。水和酒相混合,其热气比原来的酒、原来的水更盛,这是什么原因呢?大概两种物质搀和均匀就变成杂质,杂质的热本来不如普通物质原热那么多,现在既然两种热相混合,所以感觉如此。
时务分类文编卷十五
算学 地舆
问开正负各种乘方哪种是快捷方法
沈善蒸
根据开正负各种乘方的方法,用处最广。比如秦九韶的《数书九章》,李冶的《天元玉鉴》,朱世杰的《四元玉鉴》,都借助开正负各种乘方而得到所求的数值。开方必须先确定初商,而正负各种乘方的初商最难确定。因为有益积连枝的差异,甚至有商数多而余实反而多,退商却反而穷尽的情况。公式的方式,乘数增加则开方更加困难。所以研究天元的人,常以开方为难事。因此数学家精心思考设法,屡次推出新术。现在将各种术数详细解释如下。
假如三乘方式为●●●●●,方法说:定初商为●,以初商乘第一层隅,此层数自下而上得●,加入第二层下廉得●,再以初商乘之得●,加第三层上廉得●。再以初商乘之,得●,加入第四层方得●。再以初商乘之,得●。加入上层负实,异名减为加,得┼为次商实。再以初商乘第一层隅,四倍之得●。加入三倍下廉得●。又以初商乘之得●。加入倍上廉得●,再以初商乘之,得●