主题：指南「车」与指南「针」 -- 長禾

中学的时候，曾经问历史老师：「历史课本上说，黃帝发明指南车而大败蚩尤；指南针则为宋朝四大发明之一，那这两种东西到底有什么不同？」记得老师当时好像回说：「大概指南针放在车上就是指南车。」这样回答当然过不了关，记忆中最后老师好像蒙混过去，没给我解答。

后来读了机械，才知道真有指南车这玩意儿，它还真是一个车子，原理解释如下：

车子如果有左、右两个轮子，当直线行进的时候，两个轮子走的距离完全一样，但如果车子转了湾，比如说向左边湾过去，而车轮完全贴紧地面转动，没有任何车轴方向的滑动摩擦，那么外侧轮，也就是右侧的轮子会走一个比较大的圆弧形，换句话说，会走比较远的距离。

根据微积分的分析，转弯时不管半径是大是小，甚或是以车轴中点为中心，一个轮前进另一个轮后退来转弯，最后车子转动的角度，和两个轮子行走距离的差，都是成一个固定比例的。

也就是说，如果我们设计一个聪明的机构，当车子左转了一个角度，我们只要根据右轮多走的距离，导引到让车上的指针 (或小人手臂) 右转相同的角度，对站在地面上的人看来，车上的指针在车子转弯前后，指的方向是不变的。

这样的机构，可以简单的解释如下：

我们如果用两掌夹住一支铅笔，而两掌用同样的速度分别向左、右移动去搓动这支铅笔，对面的人会看到铅笔在原地转动，但位置既没有像左移，也没有向右移。可是如果两掌向两边移动的速度不同，则铅笔除了转动以外，还会向移动比较快的那一支手掌方向移动。以极端状况来帮助直观的想象，如果上面的手掌向右移，而下面的手掌静止不动，则铅笔不仅会转动，还同时会向右移动。把这样的平面动作转换成机构，只要五个齿轮，就可以把前面所讲的指南车的运作原理表现出来。

根据史实，其实没有人相信黃帝真的用这样的机构可以在大雾中定向，因为机械误差太大，野外地又不平，几里地下来，车上的指针要维持定向可不容易。比较被大家接受的说法，其实指南车是在战国时代巧匠做出来的宫廷玩具。

时至今日，大家可能有所不知的是每一台汽车里，都有和指南车完全一样的机构，只是其功能与指南车恰好相反。

当车子转弯时，如果由引擎传过来的动力让左、右轮转动的速度一样，则行走距离不同的两个轮子必然会对地面产生严重的摩擦，这样的摩擦会马上损坏胶轮。所以汽车的动力轮其实不是同轴的，两个轮子中间有一个叫做「差速器」的装置，其功能就是根据摩擦力的大小，将不同的速度分配到左、右两轮。摩擦力大的就分配少一点速度，摩擦力小的分配多一点的速度。 同样以极端状况来帮助直观的想象，开过车的人都知道，当有一个轮子陷到软泥里时，再怎么加油，都是吃不住地面的那个轮子在转动，稳稳咬住地面的另一个轮子，因为摩擦力相对较大，所以分配不到转速。

相隔千把年，差速器和指南车的机构的确完全一样，只是正好倒过来用而已。

世界上还有指南车吗？嘿，当然有，北京军事博物馆就有一个，当然是后人复制的，位置好像在秦铜马车复制品的那个展间。

台湾也复制了好几个，最有趣的是淡水的黃帝神宫也有一个，而且还不是用现代齿轮的型式，是仿古用圆盘上面栽钉子，两个圆盘上面钉子互相咬合的方式来做的，这样的机械精度，可以让车上的小人手臂在荒郊野外维持定向，可就没人相信了。

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