# 六月九日 重造指南車的馬鈞

三國時候，我國出了一個非常了不起的機械工程師馬鈞。他不但發明了灌溉用的水車 ，改進了織布機，還重新製造出原先失傳的指南車，用來辨別方向呢！今天我們就來說一說馬鈞的故事吧！

馬鈞從小就是個很好奇的孩子，看到什麼奇怪的事，就直纏著大人問東問西。長大以後，他特別愛讀那些提到古代機械大師墨子和魯班的書，而且還喜歡照著書裡寫的，又量又畫地做試驗。雖然試驗常常失敗，搞得他灰頭土臉，他還是覺得很有趣，一點也不氣餒。

“機械可真是最奇妙的東西呀！它可以使人工作起來又快又省力。你看村頭的打鐵師父，要是不用風鼓扇火，可會累慘了！”馬鈞總是這樣對好奇的朋友說明機械的妙處。

過了很多很多年，才能出眾的馬鈞在魏國做了官。雖然朝廷的公事很忙，他還是像著迷一樣地研究機械，懂了更多更巧妙的機械原理。

有一天，他散步到城外，遠遠看到一些農夫，氣喘吁吁地從河裡挑了水，再爬到旁邊的小山坡上灌溉菜園。每個人都滿臉通紅，一身大汗。馬鈞心想：“每天這樣澆菜太辛苦了，我想個好法子來幫助他們吧！”

滿腦子是機械原理的馬鈞，馬上設計了一條長長的木頭水槽，當中有一條輪帶，上面裝了一片一片活動的木板。馬鈞把水槽的一頭放進河裡，又叫兩個人不停地踩著水槽另一頭的輪軸。只見輪軸一轉動，輪帶也轉動了，木板就跟著輪帶一片接一片地伸進河裡，不斷地把河水帶上來，沿著水槽，輸送到小山坡上的菜園裡。

這個奇怪的水槽，看起來就像我們背上長長的脊椎骨，大家就把它叫做“龍骨車”。農人有了龍骨車，種田可輕鬆多了。很多不能用的荒地，因為可以用龍骨車引水來灌溉，也闢成了良田。

龍骨車引低處的水灌溉高地，使農人工作省時省力，同時讓許多荒地得以闢成良田，是世界上最先進的生產工具之一。

當時百姓使用的織布機，雖然已經是全世界最進步的了，但在馬鈞的眼裡，卻是個複雜的笨東西。織布的人必須不停地踩著一百一十個叫做“躡”的小木板，這樣要花上六十天，才能織出一匹有花紋的絲綢來。

馬鈞又認真地研究改良，做了一架只有十二個躡的織布機，不但容易操作，而且只要幾天就可以織出一匹花紋複雜的絲綢來。大家都說他是現代魯班，又認為他是可以和漢朝的張衡相媲美的發明家。

兩躡織布機可以織出有複雜花紋的美麗綢綾，

它的祖先就是馬鈞改良的十二躡（踏具）織布機。

那個時候，天下分為魏、蜀、吳三個國家。大家常常派兵互相攻打，魏國的國勢很不安定。

這一天，皇帝和許多大臣正在宮殿裡商討大事，突然有個大臣慌張地跑進來報告：“不好了，我們前方的軍隊在森林裡遇到大霧，一時迷了路，被敵軍打得大敗，好不容易從森林裡撤退出來，已經死傷了一大半人！”

這一次派到前方去的，是全國最精良的部隊，想不到竟會打敗仗，大家又吃驚又惋惜。下朝以後，大臣都紛紛交頭接耳地談論。

馬鈞嘆了一口氣，自言自語地說：“要是古代黃帝發明的指南車能傳下來該多好。軍隊有了指南

車，一定不會迷路。”

“哼！胡說八道。指南車是古代神話裡的東西，怎麼會真的有那怪玩 意兒？”一個平常就很嫉妒馬鈞的大臣聽到了，斜著眼，不以為然地說道。另外一個也很嫉妒馬鈞的將軍，接著大聲地說：“是啊！馬先生，你的名字叫做‘鈞’，鈞是做器具的模型。但是你說話沒有憑據，怎麼能做正確的模型呢？”

馬鈞是個有試驗精神的人，他不喜歡和人吵到臉紅脖子粗，所以只是平靜地說：“兩位大人，我們不必爭辯，就用事實來證明吧！三個月內我一定造出指南車來。不信的話，可以請陛下做證人。”

第二天早上，三個人就一同把這件事報告給皇帝，並且請皇帝做證人。

馬鈞不斷地思索製造指南車的方法。他參考張衡的三輪自動車和記裡鼓車的資料，發現這些車子裡面，都裝著一些大小不同的齒輪，互相牽引轉動。

“對，齒輪是使一切機械能自動旋轉的重要機關。我如果也應用齒輪的原理，使一部車子無論走到什麼方向，上面的指標都會自動地轉回原來定好的方向，這不就是指南車了嗎？”

馬鈞日日夜夜，一遍一遍地做試驗，做得手也破了，眼睛也快昏花了，失敗了一次又一次。但他一想到迷路的軍隊被敵人打敗的景象，就打起精神，更加努力地思考研究。

終於，三個月期限到了。這一天宮殿裡擠滿了大臣將官，連後宮的妃子都躲在簾子後面。大家伸長脖子，想看看指南車的模樣。

“哈！馬鈞八成是吹牛啦！怎麼到現在連影子都還沒有看到呢？”嫉妒馬鈞的大臣得意地說。

話剛說完，就聽到外面傳來“咔嗒咔嗒”的馬蹄聲。

只見馬鈞牽著一輛小馬車走進宮門，穿過鋪滿石板的庭院，一直走到宮殿前面才停下來。

這輛馬車可真奇怪，車上高高地站著一個小木人，左手叉著腰，右手直直地指向前面的宮殿，看來好神氣！大家不住打量這輛馬車，都忘了說話。

馬鈞走到皇帝面前，向皇帝深深地鞠了一個躬，就牽起馬車，慢慢繞著寬大的庭院轉了好幾個圈，又在庭院中間走來走去，一會兒左彎，一會兒右拐。奇妙的是，不論車子怎麼七彎八拐，小木人咿咿呀呀地轉一轉，總會轉回原來的方向，它的右手永遠指向宮殿。

“這就是指南車啊！真有這麼神奇啊！小木人身上大概附有神力吧！”大家都看得目瞪口呆。

指南車可以正確辨識方向，它的差動齒輪機械原理正和今天汽車裡所用的差別齒輪道理相同。

馬鈞說：“指南車並不神奇，小木人也沒有神力。我只是在馬車裡面裝了幾個互相連接起來的齒輪，而這個小木人和正當中一個最大的齒輪是相連的，所以它會跟著大齒輪轉。”

大家都聽得入神了，馬鈞又接著說：“車子筆直向前走的時候，當中的大齒輪並不會動，小木人也就直直指著前面。但是車子一轉彎，大齒輪就會轉動，小木人也會跟著大齒輪轉，並且剛好轉回原來指的方向。指南車的祕密其實是藏在齒輪裡面，至於小木人只是個木頭人而已，它本身是一點也不懂怎麼指引方向的。”

皇帝對指南車很有興趣，還問了馬鈞很多問題。至於那兩個嘲笑馬鈞的大官，早就面紅耳赤地躲在一旁啦！

指南車的齒輪群分為三組：右邊黃色的齒輪組，左邊藍色的齒輪組，和中間橘紅色的關鍵齒輪組。

關鍵齒輪組上套著十字形杆，杆端固定著標示方向的小木人。

左圖是表示當指南車直行時，車輪帶動左右齒輪組用同樣的速度轉動，當中的關鍵齒輪就只在原地旋轉，十字形杆這時便靜止不動，小木人因此也保持著原來的方向。

右圖是假設車子向左轉彎時，左輪的速度極小，幾乎是在原地不動，因此左齒輪組就沒有作用。而右輪則轉動，帶動了右齒輪組。這樣形成關鍵齒輪組上方的齒輪不動，而下方的齒輪仍舊轉動的情況，這時關鍵齒輪就會由左向右地旋轉，帶動當中的十字形杆也做同樣的旋轉，小木人也跟著向右轉，正好轉回原來定好的方向，而旋轉的角度，正和車子左彎的角度相同。

圖是參考臺灣兒童博物館所陳 列過的指南車繪製的。

馬鈞後來又發明了很多巧妙的東西，像新式的武器連弩。據說它可以一次射出好幾十支利箭，厲害得不得了。還有一種威力強大的發石車，車上裝了自動的木輪機械，只要木輪飛快地轉動，車上的石頭就叮叮咚咚地不斷射出去，一下子就可以把敵人打得抱頭鼠竄。

馬鈞的發明不僅對魏國幫助很大，對後人也有十分了不起的貢獻。像十二躡織布機，就是近代兩躡織布機的祖先。龍骨車使貧瘠的土地變成肥沃的良田，到現在還有許多鄉村在使用呢！指南車使人行軍或旅行再也不會迷路了。生在一千七百多年前的馬鈞，真是了不起的機械工程師啊！

給媽媽的話：

傳說黃帝和周公都曾製造過指南車，不過並沒有根據。到了東漢的張衡，已知道利用齒輪差動的機械原理，馬鈞就在這個基礎上再進一步，設計出第一輛指南車。一般人常誤把指南針和指南車混在一起，其實它們的設計原理是不同的。馬鈞的機械才能也是多方面的，龍骨車和十二躡織布機，都對促進社會生產力與機械研究有非常大的貢獻。

●圖畫是含有科學知識的彩畫，描繪了工藝過程，畫中所有機械與零件都經過仔細考證。