人文科普: 雍正父子“發明”的機械風扇
來源:科技日報
作者:周 乾
發布時間:2020-12-12
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  內(nei) 務府造辦處造紅木人物風扇鍾(清乾隆) 圖片來源:故宮博物院影像資料庫

雍正“發明”的風扇示意圖 作者繪製

圓明園四十景之水木明瑟 圖片來源:故宮博物院影像資料庫

  位於(yu) 北京市中心的紫禁城是明清帝王執政與(yu) 生活的場所。在炎熱的夏季,現代人往往通過空調或電扇的方式進行室內(nei) 祛暑。古代生產(chan) 力水平相對落後,紫禁城裏的帝王在室內(nei) 納涼的主要方式則是手搖風扇。由於(yu) 普通手搖風扇產(chan) 生的風力小、費人力,於(yu) 是有帝王希望對其進行改進,甚至親(qin) 自指導機械化的風扇設計,雍正、乾隆父子就是其中典型的代表。

  雍正帝日常居住、辦公的場所為(wei) 養(yang) 心殿。炎熱的夏天常常使得雍正苦不堪言,他認為(wei) 普通的手搖扇子不能滿足室內(nei) 降溫需求,因而下令讓造辦處製作了“機械化”的風扇。根據清宮內(nei) 務府造辦處檔案之雍正二年(1724)“雜活作”記載,雍正二年五月二十五日,雍正帝下令做風扇一把。該風扇為(wei) 楠木架子、鐵芯,上麵安裝小羽毛扇六把,但使用方式仍為(wei) 人工。與(yu) 普通手搖風扇相比,該風扇的創新性在於(yu) ,人工轉動其中扇柄的時候,可同時帶動六把扇子轉動,產(chan) 生的風力效果要比普通扇子好。當郎中保德進呈做好的風扇後,雍正帝並不是很滿意,下令對風扇進行改進,要求稍微降低風扇高度,並把小羽毛扇換成大羽毛扇。分析認為(wei) 雍正帝坐著辦公,降低風扇的高度便於(yu) 接受涼風;大羽毛扇子則產(chan) 生的風力更大,清涼效果更佳。

  雍正二年六月初八日,造辦處將改進後的風扇進呈給雍正帝。雍正對風扇樣式比較認可,但又認為(wei) 服務人員在屋內(nei) 轉動風扇時會(hui) 出汗,並產(chan) 生不好的氣味,於(yu) 是提出製作拉繩風扇的想法,即在扇柄上增加一根拉繩,把養(yang) 心殿東(dong) 暖閣後簷牆(北牆)開一個(ge) 口子,拉繩沿著開的洞口伸出屋外,服務人員在屋外拽動繩子,使之帶動扇葉轉動,產(chan) 生風力。為(wei) 防止冬天北風從(cong) 洞口刮入,雍正要求造辦處再做木板一塊,冬天堵塞洞口用。七月五日,總管張起麟進呈訖,拉繩式風扇做好,共做了2個(ge) ,養(yang) 心殿東(dong) 暖閣、西暖閣各一個(ge) ,雍正表示滿意,並開始使用這種風扇。盡管雍正“發明”的拉繩式風扇仍為(wei) 人工操作,但是其風力由繩子帶動扇葉轉動產(chan) 生,且扇葉數量比普通手搖數量多,產(chan) 生風力相對更大、降溫範圍更廣。

  雍正的四子乾隆對自動風扇很感興(xing) 趣。根據清宮內(nei) 務府造辦處檔案之乾隆二年(1724)“自鳴鍾”記載,六月十三日,乾隆帝下令讓服務於(yu) 造辦處的法國耶穌會(hui) 士沙如玉製作帶有“自動風扇”的自鳴鍾一台。11個(ge) 月後,帶有“自動風扇”的自鳴鍾製作完成。該自鳴鍾的特點在於(yu) ,其上部安裝有風扇,且鍾的發條帶動內(nei) 部齒輪轉動時,通過牽引裝置帶動風扇轉動,從(cong) 而使機械風扇成為(wei) 了現實。故宮博物院藏清乾隆時期的紅木人物風扇鍾就有類似特點。該鍾由上中下三部分組成,下部為(wei) 箱座,內(nei) 可放物品;中部為(wei) 時鍾,通過發條轉動可帶動指針計時;上部則為(wei) 手持桃形扇子的童子及立於(yu) 童子背後的大風扇。當時鍾走動時,帶動童子上下揮動扇子,並帶動大風扇水平轉動,在夏天可產(chan) 生較好的清涼效果。故宮博物院現藏類似功能自鳴鍾數台,大都為(wei) 乾隆時期製作,這與(yu) 乾隆帝支持創新的思想有著密切聯係。

  乾隆帝還鼓勵運用機械動力來製造大風扇。圓明園四十景之水木明瑟殿在清代就是三間大風扇房,為(wei) 清帝避暑的場所。水木明瑟殿初建於(yu) 雍正五年(1727),原名為(wei) “耕織軒”。後來乾隆親(qin) 自指導,引入西方水法將其改造成風扇房。乾隆九年(1744)所作禦製詩《水木明瑟·調寄秋風清》裏,表達了“用泰西水法引入室中,以轉風扇,泠泠瑟瑟,非絲(si) 非竹,天籟遙聞”的感受。在這裏,“泰西水法”主要是指古希臘科學家阿基米德發明的螺旋式水車,又稱“龍尾車”,其基本原理是利用內(nei) 部軸的旋轉來帶動螺旋葉的反向旋轉,並使得水不斷提升,以提供風扇轉動的動力;“泠泠”是指水聲的清澈盈耳,“瑟瑟”則是指林間樹葉在刮風時的輕微聲響。利用流水產(chan) 生機械動力,使得殿內(nei) 的風扇自動運轉,不僅(jin) 解決(jue) 了人力的耗費問題,而且水聲潺潺中還伴隨習(xi) 習(xi) 涼風,營造出絕佳的避暑意境。

  不難發現,雍正父子“發明”的風扇均與(yu) 當時的手搖風扇在動力上有著明顯區別,反映出清代帝王希望獲得更好解暑效果的願望。不僅(jin) 如此,乾隆帝鼓勵在當時較為(wei) 發達的科技手段在風扇的製作中進行運用,這在一定程度上對機械動力學的發展起到了積極作用。

  (作者係故宮博物院研究館員)


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