浅析中国古代建筑中的物理学知识

摘要：本文介绍了古代建筑中的物理学知识，阐述了光学、声学、热学、电学等物理原理知识在古代建筑中的实际应用。在古代没有电力和现代科技的情况下，通过光在建筑材料或者镜面上的反射可以使室内的光环境达到满足人类舒适度的需求，构建合适的建筑结构达到扩大声音、隔绝声音的作用，选用合适的材料拓展降温设施来保证房间的温度，达到冬暖夏凉的目的。使用雷电难以通过的材料，保证地基的干燥性从而使建筑不易遭受雷击。

关键词：古代建筑；物理原理；建筑材料

一座历史悠久的古代建筑从设计建成以后乃至到以后的使用过程，不仅使用了大量的建筑学知识，还涉及到了、声学、电学、热学等物理原理知识。一座建筑的各种结构方式无一不渗透着各种物理学知识，这些知识对一座建筑的使用和对人类居住环境的提升起着安全、美化、舒适、健康等作用，那些高耸的古代建筑体现着中华建筑文化的博大精深。

一、古代建筑学中热学知识的应用

中国国土面积广袤，居住环境复杂多样。因此就延伸除了各式各样的建筑结构和居住方式。在现代建筑热学最先出现之前，我们的祖先就总结出了建筑朝向太阳，南边采用墙体北边采用窗户的来增加光线的透过率来保证室内居住温度的舒适度。云南保山的“玉皇阁”其结构复杂精妙，它采用了36根大圆柱来进行支撑，顶部全部选择斗拱设计，并依次想楼顶收拢，从而达到了良好的通风效果。

窑洞是我国非常宝贵的历史文化遗产，它一般存在于我国的黄土高坡地区，无论是古代还是现代它都是当地居民最常见的居住方式。窑洞的温度，无论是冬季还是夏季一直都保持在一个常态上，之所以说它冬暖夏凉是因为它的保温效果好，窑洞一般都在处与山体中间，墙壁的厚度非常厚，山体对热的传导性差导致既不能对山体外传热，也不能从外界环境中吸热，所以窑洞内的温度通常相差不多，从而才得到冬暖夏凉的结论。

二、古代建筑中电学知识的应用

在古代虽然我们的祖先没有电学这个概念，但是古人从雷电对物质的命中效果中，已经初步获得了一些对于建筑材料选用原则的认识。人们对落雷现场的观察中了解到雷电对金属有效而对草木、漆器无效，而大树虽然为木质，但是经雨水打湿，被雷电劈中还是会被撕裂。人们从这些现象中得出修建建筑中，要使用“絕缘体”材料来进行建筑的搭建，并且使地基干燥，这就就不容易被雷电命中。

受古代神化信仰的趋势，我国把雷和“龙”连接起来，我国古代的建筑上的“镇龙”装置，其实就是现代避雷针的圆形，不过与近代避雷针相比我国的古代的避雷装置更具有民族色彩。一般这种装置其上有一根金属尖子，或者采用容易导电的材料，另一端与地下埋藏的金属相连，把雷电引导地下去，许多古代建筑上的动物形状的瓦片，或者高耸庙宇的“雷公柱”其实都是与地下相连，形成良好的导电通道，降低建筑受到雷电击中的影响，从而达到保护建筑的作用。

三、古代建筑中的光学知识的应用

曹溪寺是云南有名的禅宗佛寺，它的设计就体现出了古人对物理知识在建筑行业的运用。曹溪寺的天窗加大了对月光的透过率，不得不叹服设计它的人一定是一位深通建筑学和古代物理光学的能工巧匠。其天窗结构外圆内方，在园内开凿成空洞，每逢天气晴朗，明月皎洁的日子，月光会由圆圈内照射到矗立在大雄宝殿的三圣像上，皎洁的月光就像一面镜子照在佛像的肚子上，并逐渐上移，到达佛像的胸部时开始渐渐消失，其景象美轮美奂让人不由自主的佩服这位工匠的设计构思。这是我国古代劳动人民运用建筑光学、结合天文学等现代学科创造出来的奇观，是我国宝贵的历史文化遗产。

利用建筑光学来增加建筑的美观性的例子还有昆明的垒楼，它的建筑材料全部选用石头构成，楼内面向的滇池的一面全部用玻璃装窗，滇池的美景全部由此倒映到楼内平面镜内，让人坐着躺着足不出户就可以观看到一副活的山水画。

四、古代建筑中声学知识的应用

说到古代建筑中的声学知识，就不得不提到闻名中外的北京天坛了，他是我国古代建筑师利用声音的反射现象造成的类似现代的音箱效果。回音壁的“回音”是由圆形墙壁连续反射音波造成的，其围墙回音构造砖体之间严丝合缝，极大降低了声音反射回来的损失率，达到扩大音效的目的。

潼南县大佛寺的石琴建筑，有36级石阶，犹如一把巨大的石琴，每个石阶都对应着一根根琴弦，只要把脚踏上石阶就会发出独特的声音，顺着石阶走上去就好像在弹奏美妙的曲子一样。关于古代建筑运用物理声学知识的运用，河南的蛤蟆塔也是一个典型的例子。其塔身虽然没有什么奇特之处，但是却会发生奇声只要游客用手拍击塔身，塔内便会发出类似蛤蟆“咯咯咯”的叫声。

五、结语

综上所述，在中华五千年的文明中，建筑行业一直是时代的热点，随着居民日益增长的生活需求，就需要对建筑行业环境做出完善和调整。物理学已经成功的让人们从声、光、热、电等几个物理学原理知识得到了调整建筑物理环境的方法，古人通过对这些物理知识的运用，得到了优美、安全、舒适的居住体验。展望未来，21世纪的我们应当归纳总结老祖宗的优秀的建筑经验和建筑物理知识，在此基础上不断完善和创新建筑技术，不管是古代还是现代，人类的物理智慧都在一座座建筑中散发着灿烂的光芒。

参考文献

[1]刘平，张道明，王丹丹.探析中国古代建筑屋顶结构建筑特色[J].四川水泥，2018（03）：345-346.

[2]韩梦茜. 浙江古代建筑斗栱研究[D].浙江大学，2015.

[3]刘海林.中国古代建筑举屋制度中的物理学原理[J].中学物理，2015，33（10）：94-95.

作者简介：

汪彦黎，女，重庆市人。