麻庭光

我國歷史上最著名的取水工具被稱為渴烏，這種農(nóng)具甚至出現(xiàn)在如今的小學(xué)課本中。但由于歷史久遠(yuǎn)，文獻(xiàn)缺乏，實物不存，人們對渴烏的認(rèn)識也是相當(dāng)模糊的，導(dǎo)致了對渴烏的種種迷思。最早的渴烏結(jié)構(gòu)簡單，利用重力差工作，沒有運動部件，其工作原理卻隱含了物理學(xué)三大原理：帕斯卡定律、虹吸原理和回燃現(xiàn)象，分別屬于靜力學(xué)、動力學(xué)和熱力學(xué)，值得深入分析。

渴烏的工作原理

渴烏是什么？最簡單的解釋是古代吸水用的曲筒，就是應(yīng)用虹吸原理制造的虹吸管，在中國古代又被稱為“過山龍”。渴烏的最早出處是《后漢書·宦者傳·張讓》：“（畢嵐）又作翻車渴烏，施於橋西，用灑南北郊路，以省百姓灑道之費。” 唐代章懷太子李賢在唐初為《后漢書》的這段文字作注解時認(rèn)為：“翻車，設(shè)機(jī)車以引水；渴烏，為曲筒，以氣引水上也?！币簿褪钦f，渴烏是一個彎曲的筒狀物，其形狀類似飲水的烏鴉。它的工作原理是“以氣引水上也”，即利用大氣壓力的原理來引水。

以竹子為材料的大管徑的渴烏，在唐代已經(jīng)投入使用?，F(xiàn)存的最早記載竹制渴烏的制作和使用方法的文獻(xiàn)，是唐代歷史學(xué)家杜佑的《通典》：“渴烏，隔山取水。以大竹筒雌雄相接。勿令漏泄。以麻漆封裹。推過山外。就水置筒。入水五尺。即于筒尾取松樺乾草當(dāng)筒放火?；饸鉂撏ㄋ?。即應(yīng)而上?！北彼慰刀觊g（公元1040年）曾公亮也曾記述過這種取水方法，可以看出渴烏的工作原理包括：帕斯卡定律、虹吸原理和回燃現(xiàn)象。

法國數(shù)學(xué)家帕斯卡發(fā)現(xiàn)，密閉液體上的壓強(qiáng)，能夠大小不變地向各個方向傳遞。帕斯卡定律保證了壓強(qiáng)的傳遞不受液體流通面積的影響，因此，你腳踩剎車的壓力對密封液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)，可以原封不動地傳遞到每一個輪胎，再通過轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換出來，形成對輪軸的壓力，就形成了剎車的過程。帕斯卡定律保證了連通管的工作不受管徑和路徑的影響，因此人們可以隨意取材，就地制造渴烏。歷史文獻(xiàn)中，制造材料至少有竹子和銅材兩種，直徑不限，這就是帕斯卡定律的功勞。

其次是虹吸原理，指水柱產(chǎn)生（負(fù)）壓力，導(dǎo)致液體源源不斷供應(yīng)的液面位置差帶來的壓差。壓差是如何產(chǎn)生運動的？在能量守恒的前提下，由于大氣壓恒定，位置壓頭可以自由轉(zhuǎn)化成運動壓頭，也就是說，壓差帶來運動。明末科學(xué)家徐光啟對虹吸原理有過解釋：“今之過山龍，必上水高于下水則可為之，至平則止……”點明了上游水位必須高于下游水位，地球?qū)σ后w的引力差（重力），是導(dǎo)致液體源源不斷供應(yīng)的源頭，這是虹吸原理的“吸”之動力來源?！昂纭笔侵高B通器之常見形狀，未必像虹。根據(jù)帕斯卡原理，連通管的作用與形狀無關(guān)。

其三是最關(guān)鍵的一條，也是讓渴烏區(qū)別于普通虹吸管和連通器的關(guān)鍵，即如何產(chǎn)生最初的升力，導(dǎo)致液體可以跨越高坡進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。在抽取油箱汽油之時，人們通常都是用嘴直接吸取，用肺活量產(chǎn)生最初的壓差。而農(nóng)業(yè)灌溉用的管路較大，人體的肺活量就顯得不足了。古人巧妙地采用燃燒的辦法制造這種較大型的虹吸管中的真空，將水“吸”入筒內(nèi)，繼而在重力作用下從出口端流出。具體做法是在竹筒出口端塞上細(xì)松枝、干草等易燃物，點燃柴草，筒中氧氣迅速燃盡。從而短時間內(nèi)使筒內(nèi)空氣壓力低于筒外大氣壓力，于是水得以“自中逆上”。由于重力差的作用，水源可以源源不斷地供應(yīng)，直到兩處水面的高度差消失為止。

上述“于筒尾取松樺乾草當(dāng)筒放火”的過程，在熱力學(xué)原理中就被稱為回燃現(xiàn)象。

渴烏的流傳變異

由于古人并不十分清楚渴烏的工作原理，因此人們在解釋渴烏時，往往用部分指代整體，把渴烏的龍頭，當(dāng)成渴烏本身，于是導(dǎo)致了渴烏被當(dāng)作銅壺滴漏上的注水部件而流傳。唐代徐堅所撰的《初學(xué)記》記載：“以器貯水，以銅為渴烏。關(guān)如鉤曲，以引器中水，于銀龍口中吐入權(quán)器?！钡搅吮彼翁焓グ四辏ü?030年）在燕肅改進(jìn)的蓮花漏上，也“置銅渴烏引水”，在這里渴烏僅僅是一段虹吸管，而沒有導(dǎo)致翻坡功能的回燃現(xiàn)象了。

接下來，人們對渴烏的認(rèn)識就比較離譜了。由于把渴烏的出口龍頭當(dāng)作了渴烏本身，那么凡是有水龍頭的取水裝置，都可以看作是渴烏，這導(dǎo)致了人們把轆轤當(dāng)作渴烏的認(rèn)識，如中國佛教著作《大般涅盤經(jīng)》的記述：“……今之渴烏取水者是，亦名轆轤，井上施之更互上下，即是互為因果之義?！边@種渴烏，僅僅是一種龍頭和管路，其后部的水源供給，卻需要其他手段來供給（如轆轤），此時的渴烏，僅為原始渴烏的一部分。這也意味著，古代的渴烏技術(shù)失傳了，雖然文獻(xiàn)中仍然可以找到，但生活中已經(jīng)表示一種不同的東西了。渴烏與龍頭的混淆，是造成這種部分代整體的訛傳得以流行的重要原因。

再如陸游在《七月十七日大雨極涼》一詩中提到渴烏時說：“吳中七月熱未已，渴烏呀呀井無水。炎官護(hù)前不少斂，樹頭敢望秋風(fēng)起?！边@里發(fā)出呀呀聲音的顯然是轆轤，而不是按照重力原理，無需外來能量工作的渴烏。

我國一些文獻(xiàn)在解釋渴烏時，指出其別稱為“注子”、“偏提”，這又是一個大誤解。注子和偏提，是一種利用大氣壓的水壺，其中卻沒有渴烏的工作原理。自9世紀(jì)初起，這種器物就已十分普遍?，F(xiàn)代茶壺把手附近通常有一個小孔，如果用拇指密封小孔，可以保持茶水不灑出，雖是巧妙利用大氣壓的例子，卻不是利用虹吸原理了（因為沒有水柱的存在）。

不過，也有正確描述渴烏功能的詩句。南宋劉儀風(fēng)在描述一個引水設(shè)施時說：“籜龍亦解作水供，細(xì)繹尋丈如渴烏?！边@一句因為突出了水源供應(yīng)的穩(wěn)定性，符合重力流動原理，因此是渴烏的本意。如果是轆轤供水，水流脈動性大，就不會產(chǎn)生“細(xì)繹尋丈”的局面。元朝貢師泰也有詩說：“四分井字旁通渠，瀏瀏野水翻渴烏?！边@一句，則因為一個“翻（越高坡）”字而毫無疑問地準(zhǔn)確表達(dá)了渴烏的原始定義。

【責(zé)任編輯】張小萌