南怀仁在《仪象志》、(1674)和《穷理学》(1683)两部著作中,介绍了力学基础知识,包括重力、重量、重心、比重、浮力、材料强度、单摆、自由落体运动等知识 。同时还介绍了光的折射和色散方面的知识 。
南怀仁在《新制灵台仪象志》中,介绍了机械方面的许多知识 。他的另一部未刊刻的著作《穷理学》也包含了关于简单机械的相当丰富的知识 。《穷理学》于康熙二十二年八月二十六日(1683年10月16日)进呈,共60卷,是南怀仁最重要的一部著作,此书依据“格物穷理”之概念,综合以往所成中西会通著作编撰而成,是当时传入西学之集大成者,此书现仅存十数卷残抄本 。在《穷理学》的第七卷“轻重之理推”(共131节)中,有82节是关于简单机械的知识 。详细叙述了天平、等子、杠杆、滑车、圆轮和藤线等六种简单机械的性质、原理、计算和应用 。
南怀仁不仅在其著作中传播机械及机械工程方面的知识,而且实际参与机械工程方面的实践活动 。
南怀仁奉召到北京后不久,他协助汤若望完成了一件相当困难的事情,这就是要设法把一口重达12万斤的大钟悬挂在钟楼里 。
汤若望和南怀仁经过实地察看后,商定了移动和吊起大钟的方案——使用定滑轮、动滑轮和滑轮组 。1661年4月的一天,在他们的指挥下,200名工匠齐心协力操作,终于将大钟移到了预定位置 。
南怀仁在1669年(康熙八年)被重新起用,回钦天监任事,他在治理历法、制造观象台仪器的同时,奉旨完成一件与钦天监工作毫不相干的重要任务——运送孝陵大石牌坊的石料过卢沟桥 。
石块重12万斤,放在16个轮子的特大平板上,套300匹马来拉,这么多的马匹挤在狭窄的桥上,不易驾驭,如果统一不了步调,马匹拥挤蹦跳,可能产生难以估计的巨大震动 。假如这样,卢沟桥这数百年的老桥恐怕就承受不住了 。南怀仁经过实地考察,认为改用绞盘来牵引最为稳妥 。他的方案被工部采纳,在他的亲自指导下,制成了足以拉动巨石的滑轮和绞盘 。运石过桥那天,工部尚书奉皇帝之命亲临现场 。桥的西面设12个绞盘,每个绞盘由8名大汉推动;桥的东面设6个绞盘 。东西两端的绞盘 。东西两端的绞盘用粗大的绳索相连 。起动的命令一下,鼓乐齐鸣,绞盘拉动绳索,绳索牵引着十轮运石车稳稳当当地通过了卢沟桥 。同年的10月和11月,以同样的办法又把修建陵墓所用的其他巨形石料安全地运过了卢沟桥 。南怀仁的方案获得了巨大的成功 。
在机械制造方面,南怀仁还在中国进行了汽轮机的最早实验,就是利用一定温度和压力的蒸汽的喷射作用,推动叶轮旋转,从而带动轴转动以获得动力 。这个实验在他的《欧洲天文学》的“气体力学”一章中有过详细的描述 。
南怀仁为大清王朝服务涉及了众多领域,除上述介绍的之外,他还是康熙皇帝的科学老师,他曾经在长达五个月的一段时间里,从早到晚给皇帝讲授几何学和天文学,还将《几何原本》译成满文,陪同皇帝出巡,沿途为皇帝观天测地 。康熙皇帝后来对自然科学的浓厚兴趣,对欧洲传教士的宽容态度,应该说都与南怀仁不无关系 。
中俄外交
南怀仁曾在中国与俄罗斯等国的外交接触中担任过不可缺少的角色 。1676年5月15日(康熙十五年四月初三日),沙皇俄国派遣的特使尼果赖(Nikolai G.Milescu Spathary,1636~1708)等一行到达北京 。这位使臣虽掌握希腊文、拉丁文等多种欧洲语言,却不通任何东方语言 。通晓多种欧洲语言又精通满语与汉语的南怀仁成为此次中俄沟通的桥梁 。
南怀仁在俄国使团逗留北京的几个月间(5月~9月),进行了大量的翻译工作 。他作为译员,参加了中俄双边会谈,并翻译了一些官方文书,他将沙皇至中国皇帝的信及俄政府向清政府提出的12条谈判纲领译成中文;又将一些中文文件译成拉丁文 。
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