在19世紀(jì)，人們用機(jī)械裝置找到了解決直線運動問題的方法，由此所引發(fā)的
研究熱潮使得機(jī)械力學(xué)蓬勃發(fā)展。契比雪夫（Tchebycheff ）這位著名的俄國數(shù)
學(xué)家（參閱《數(shù)學(xué)樂園。茅塞頓開》）就被這種研究空間問題的新方式深深吸引，
在寫給英國數(shù)學(xué)家薛維斯特（Sylvester ）的信中，他鼓勵薛維斯特致力于研究
機(jī)械力學(xué)而非幾何學(xué)。他相信機(jī)械力學(xué)的題材更為廣泛，而且也將在空間中加入
第四維（運動）。薛維斯特也變得與契比雪夫一樣熱衷于這類研究，他還到各地
演講并演示機(jī)械裝置（特別是會產(chǎn)生直線運動的機(jī)械），大力推廣這門新的學(xué)科
（動力學(xué)）。他演講的一項成果是改進(jìn)了英國下議院通風(fēng)設(shè)備中大型空氣泵的設(shè)
計。

    最先提出解決直線運動問題的方法的人中有一位是卡特里特（Cartwright），
他也是機(jī)械織布機(jī)的發(fā)明人。1800年，他以如圖1 所示的機(jī)械裝置申請到專利。

    兩個曲柄A 與B 裝上了齒輪，因此可以用相同的速度但以不同的方向作對稱
轉(zhuǎn)動；曲柄再經(jīng)桿子與桿CD連接，CD的中點M 則連接至活塞桿作直線運動。

    大家應(yīng)該都很熟悉汽車雨刷的來回往復(fù)運動，這種運動很容易就可以通過如
圖2 的機(jī)械裝置，用一只以定速運轉(zhuǎn)的馬達(dá)來產(chǎn)生。當(dāng)A 環(huán)繞著D 旋轉(zhuǎn)時，AB桿
使CB桿以C 點為軸擺動。此種機(jī)制廣泛地應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計與生產(chǎn)中。

    現(xiàn)在請看圖3 與圖4.

    第一個是腳踏板裝置，類似舊式的縫紉機(jī)或是旋轉(zhuǎn)輪。它與上述的機(jī)械裝置
其實是相同的，只是此處BC桿為驅(qū)動桿，而飛輪則隨動運轉(zhuǎn)。在圖4 中，此裝置
的BC與BA桿被騎車者的腿所取代，而踏板曲柄AD則以D 為軸作完全的旋轉(zhuǎn)。仔細(xì)
分析這3 種情況，可以把它們都看成是四連桿ABCD的范例，其中AD繞D 點旋轉(zhuǎn)，
而BC則對C 點“擺動”，參見圖5.

    用卡片紙與圖釘制作一組四連桿，看看在AD作完全旋轉(zhuǎn)時BC所變化的角度。

    試著設(shè)計適當(dāng)?shù)难b置，可以正確模擬雨刷或騎車人的動作。

    目前討論到的擺動裝置都是對稱的，因為作往復(fù)運動時，朝不同方向運動所
需的時間都一樣。但是在圖6 中的裝置卻是設(shè)計成前進(jìn)緩慢而快速回轉(zhuǎn)，當(dāng)飛輪
以定速繞D 點作驅(qū)動旋轉(zhuǎn)時，靠近其邊緣的A 銷即沿著CB桿中的槽運動，使CB桿
以C 點為軸擺動。但如圖7 所示，A 銷在作一次旋轉(zhuǎn)時，以較長的行程將B 推向
左方，而將B 點轉(zhuǎn)向右方的行程相對較短。假設(shè)銳角MDN 為60°，則CB由其最左
方位置CBL 移至最右方位置CBR ，所需時間僅為由CBR 移至CBL 的1/5.這種裝置
可在木匠的鋪子中見到，把刀刃安裝在B 的位置，在刨平木板時就可以使其只朝
一個方向刨削，朝另一個方向則不會刨削。

    還有一種精巧的裝置可在一種老式的縫紉機(jī)中看到，這種裝置的目的是要將
棉線均勻地纏繞到線軸上，而將棉線繞到線軸上的導(dǎo)引器便需要以固定速度由左
向右移動，使得棉線能均勻地繞在整個線軸上。

    在圖8 所示的裝置中，在轉(zhuǎn)動線軸的軸上有一個蝸桿，與一個繞B 緩緩旋轉(zhuǎn)
的正齒輪嚙合。正齒輪上附有一個凸起的凸輪，其形狀類似心臟，這個凸輪頂著
棉線導(dǎo)引器，使其沿著線軸的長軸移動；再用彈簧使導(dǎo)引器緊靠著凸輪，而棉線
導(dǎo)引器在線軸上移動一次時，有幾圈棉線繞到軸上則由正齒輪上的齒數(shù)決定。

    試著仔細(xì)看一看具有此種裝置的老式縫紉機(jī)，并觀察其運轉(zhuǎn)的方式。當(dāng)然最
好能研究縫紉機(jī)上的所有裝置，試著了解其功能與運作過程。