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第五十七章物理学明代的物理学在某些方面，如声学，有突出的成就。但物理学同其他传统科学一样，发展十分缓慢。明末西方传教士来华，西方近代物理学知识也开始传入。
第一节力学材料力学知识宋应星在《天工开物》中叙述了测量弓的弹力的方法：“凡试弓力，以足踏弦就地，秤钩搭挂弓腰，弦满之时，推移秤锤所压，则知多少。”①这里涉及到力与形变的关系及其测量方法。
风力与水力的利用我国古代很早就知道在航行中利用风力和水力。宋应星在《天工开物》中指出：“凡风篷尺寸，其则一视全舟横身，过则有患，不及则力软”，“凡风篷之力，其末一叶敌其本三叶。调匀和畅，顺风则绝顶张篷，行疾奔马。若风力洊至，则以次减下。狂甚则只带一两叶而已”，“凡风从横来，名曰抢风。顺水行舟，则挂篷之玄游走。或一抢向东，止寸平过，甚至却退数十丈。未及岸时，捩舵转篷，一抢向西，借贷水力，兼带风力轧下，则顷刻十余里”①。这里宋应星述及了帆的宽度与受风力的关系、帆的顶部与底部受力的大小，以及船在顺风和侧向风（甚至逆风）时的航向和张帆方向。宋应星还指出：“凡舵尺寸，与船腹切齐。若长一寸，则遇浅之时船腹已过，其梢尾舵使胶住，设风狂力劲，则寸木为难不可言。舵短一寸，则转动力怯，回头不捷。。。舵上所操柄名曰关门棒，欲船北则南向捩转，欲船南则北向捩转。”②论述了舵的长短对舵力大小、舵的方向对船航行方向的影响。从这些文字中可知，当时对于作用力和反作用力的大小和方向、船的受力状况与变化等已有充分的认识，因此能操作自如，安全航行。
比重的概念及其应用程大位在《算法统宗》卷一中，列出了金、银、玉、铅、铜、铁、石等七种物质的“轻重率”（即比重），“谓诸物皆见方一寸，其轻重不同如此”。程大位所列数值系引自《孙子算经》卷上，但由于历代度量衡的变迁，数值已不准确。
在比重的应用方面，明代基本上沿袭宋元时代制盐工业发展而创造的测卤法，即用莲子检验盐卤浓度的方法。陆容在《菽园杂记》中记曰：“。。以重三分莲子试之。先将小竹筒装卤，入莲子于中。若浮而横倒者，则卤极咸，乃可煮烧；若立浮于面者，稍淡；若沉而不起者，全淡，俱弃不用。”①方以智在《物理小识》中写道：“卤积则能载物，故淘土为巨器，泛中流必无沉溺。姚宽曰：煮海试卤者，杓卤而置莲子数枚，三浮五沉者淡；七八浮① 《天工开物》卷十五《佳兵》。
① 《天工开物》卷九《舟车·漕舫》。
② 《天工开物》卷九《舟车·漕舫》。
① 《菽园杂记》卷十二。
则淳卤矣。取其浮而直。闽人以鸡子、桃仁试之。饭豆亦可试也。”②他补充了一种用“饭豆”测试的方法。另外，方以智还记述了在冶炼多种金属混合其中的矿石时，由于比重的不同，“重者在下，浮土在上，以次分焉”③。对虹吸现象的进一步认识明代，人们对虹吸现象的认识已深入一步。徐光启述及“过山龙”（即虹吸管）的引水条件是“必上水高于下水，则可为之，至平则止”，在流水中“必须上流高于下流”④。徐霞客在游历云南鸡足山时，曾推断寺庙里喷泉的高度，“此必别有一水，其高与此并”⑤。方以智也认为，过山龙“其来处何高，则所激之高可与之比。或故使之瀑下，就以筒承瀑，则水激而上。上既出，则流通而不止矣”⑥。
传入的西方力学知识明末传入我国的西方近代力学和机械学知识，主要集中在邓玉函（J。Terrenz，1576—1630）口授、王徵笔述并绘图的《远西奇器图说录最》（1627）中。该书共三卷。第一卷六十一款，叙述力学基本知识与原理。包括地心引力，重心，各种几何图形重心的求法，重心与稳定性的关系，各种物体的比重，浮力等。第二卷九十二款，叙述各种简单机械的原理与计算，包括杠杆、滑轮、螺旋、斜面等一般知识。第三卷介绍各种实用机械，共五十四幅图说。该书汇总了从阿基米德到十六世纪初的西方力学和机械学知识，并且其中有些内容引用了伽利略的著述①。
② 《物理小识》卷七《金石类·盐》。
③ 《物理小识》卷七《金石类·分金炉》。
④ 《农政全书》卷十七《灌溉图谱》。
⑤ 《徐霞客游记》卷七上《滇游日记》。
⑥ 《物理小识》卷八《器用类·转水法》。
① 参阅严敦杰：《伽利略的工作早期在中国的传布》，载《科学史集刊》第七期（1964），第8—27 页。第二节声学对声的认识及应用宋应星在《论气》中写道：“气本浑沦之物，。。及夫冲之有声焉，飞矢是也；界之有声焉，跃鞭是也；振之有声焉，弹弦是也；辟之有声焉，裂缯是也；合之有声焉，鼓掌是也；持物击物，气随所持之物而逼及于所击之物有声焉，挥椎是也。”②说明一切声现象都离不开气的因素，声音的产生是因为物体的振动或急速运动对空气的冲击。他还写道：“物之冲气也，如其激水然。气与水，同一易动之物。以石投水，水面迎石之位，一拳而止，而其文（纹）浪以次而开，至纵横寻丈而犹未歇。其荡气也，亦犹是焉，特微渺而不得闻耳。”①在此宋应星明确地用水波与声波相比较，认为声音传播过程中空气的振动与水波的振动类似。当然他那个时代还不可能知道声波是纵波而水波是横波的差别。
方以智曾进行声波共鸣现象的观察和实验，他说：“《梦溪笔谈》曰：今有琵琶，以管色奏双调，则琵琶有声应之，以为异物。殊不知乃常理。二十八调，但有声同者即应，若遍二十八调而不应，则是逸调也。古法一律七音，共八十四调，更细分之，逸调至多，偶见其应，便以为奇耳。智（方以智）按洛钟西应，即此理也。今和琴瑟者，分门内外，外弹仙翁，则内弦亦动，如定三弦子为梅花调，以小纸每弦帖之，旁吹笛中梅花调一字，此弦之纸亦动。曹师夔鑢磬不应钟，犹之茂先（张华）知铜山崩也。声音之和足感异类。岂诬也哉！”②他还记述了一种原始的隔声技术：“私铸者匿于湖（地洞）中，人犹闻其锯锉之声，乃以瓮为甃，累而墙之，其口向内，则外过者不闻其声。何也？声为瓮所收也。”③与隔音消声相反，在音乐演奏中常常为了增强效果而需要共鸣装置。文震亨写道：“古人有于平屋中埋一缸，缸悬铜钟以发琴声者然。不如层楼之下，盖上有楼板，则声不散；其下空旷清幽，则声透彻；或于乔木、修竹、岩洞、石室之下，地境清绝，更为雅称耳。”④具有声学特性的建筑驰名中外的北京明代建筑物天坛，其中的回音壁、三音石和圜丘具有奇妙的声学效果。“回音壁”是一道圆形的围墙，高约6 米，半径约32。5 米。围墙内有三座建筑物，北面一座皇穹宇距离围墙最近处约2。5 米。整个围墙整齐光滑，是良好的声反射体。围墙的弧形使得当入射角小于22°时，声波可被围墙连续反射而不受皇穹宇的散射。因此，如果一人贴近围墙讲话，而相距较远的另一人如也贴近墙壁，则可听得很清楚。“三音石”是位于回音壁中心的一块石板，人若站在此处击掌，可听到三次甚至多达五六次回响。② 《论气》气声二。
① 《论气》气声七。
② 《物理小识》卷一《天类·同声相应之征》。
③ 《物理小识》卷一《天类·隔声》。
这是因为声音等距离地传到围墙后，被反射回到中心，于是听到第一次回声；然后声波再次传到围墙，再次被反射回来，又听到第二次回声；如此往返，直到声波能量衰耗殆尽。“圜丘”是一座由青石和大理石砌成的圆形平台，高出地面约5 米，半径约11。5 米。平台中心略高，向四周略有倾斜。除东南西北四个出入口外，四周全部围有青石栏杆。人若在圜丘中央大叫一声，听到的声音比平时要响亮。这是由于声波被栏杆反射到稍有倾斜的台面上，再从台面上反射到人耳，与原来的声音混合在一起的缘故。
朱载堉创建十二平均律朱载堉创建的“新法密率”，是我国古代最杰出的科学发现之一。这也是世界上首次提出的十二平均律的数理理论，为现代键盘乐器（如钢琴等）的创制奠定了基础。
朱载堉的“新法密率”理论及其