竹筒里的秘密
——我国第一台无人自动售货机结构猜想
细雨敲窗（此文已刊于《物理教学探讨》）
我国第一台无人自动售货机诞生于后晋末年（约964年），它是汝州（今河南临汝县）一不愿透露姓名的高士发明的，此人人们尊他为“笔仙”。北宋梓州铜山（今四川中江县）人苏易简在 《文房四谱》一书中写到：“石（后）晋之末，汝州有一高士，不显姓名，每夜作笔十管，付其室家。至晓，阖户而出。面街凿壁，贯以竹筒，如引水者。或人置三十钱，则一管跃出，十笔告尽。虽势要官府督之，亦无报也。其人则携一搕，吟啸于道宫佛庙酒肆中，至夜酣畅而归，其匹妇亦怡然自得。复为十管，来晨卖之，如此三十载。后或携室徙居，杳不知所终。人有后数十年复见者，颜色如故。时人谓之笔仙。” “笔仙”的这一发明，开创了我国无人自动售货机的先例。
星移斗转，历史进入到二十一世纪，各式各样的无人自动售货机如雨后春笋层出不穷，它们为人类经济发展做出了不朽的贡献。也许，当我们将储畜卡塞进自动取款机的时候，人们会有这样一种冲动：最初的无人自动售货机究竟是怎样构成的呢？依物理原理，笔者试图打开历史留给我们的纽结。
1 总体设计
从苏易简的记录来看，“笔仙”发明的售货机，主要由两部分组成：第一，当顾客向竹筒里扔进三十钱后，竹筒里有一笔跃出，即有发笔器；第二，前一支笔售出后，紧接着应有另一支笔进入发笔器，即有传笔器。发笔器与传笔器是安装在竹筒里的，竹筒一侧应有可开启的“门”。竹筒挂在墙上售笔。但无人照管，所以在墙上凿洞，将竹筒挂在墙壁里面，仅留竹筒的一部分在墙外。竹筒面街露在墙外的部分，上端开有两孔，一孔投币，一孔供出笔和取笔。
2 内部结构
竹筒内部分上下两层，上层装发笔器和传笔器（见图。图中，硬币已落在杠杆动力臂的一端，笔锋已伸出出笔孔），下层为储币室。上下两层间有一隔板（可利用竹筒里的竹节），隔板正对投币孔的地方开一孔，以便硬币经发笔器后从此孔落入储币室。
发笔器为一杠杆，它安装在隔板上，杠杆动力臂处于投币口下方, 投币口下可设落币槽, 以便硬币能通过落币槽准确地落在杠杆动力臂的一端。 杠杆的阻力臂处在传笔器下方，当传笔器将某笔传到阻力臂一端时, 售货机处于“待售”状态.。若有人从投币口投入硬币, 硬币沿落币槽准确地落在杠杆动力臂的一端，此时动力臂端力矩大与阻力臂端力矩，杠杆阻力臂的一端上升，把笔顶向竹筒外。顾客取走笔后, 杠杆硬币端的力矩远远大于杠杆笔端力矩, 动力臂的一端下沉, 硬币从动力臂的一端滑入储币室。此后，阻力臂一端下沉至传笔器下端, 传笔器把另一支笔送到杠杆阻力臂的一端，如此循环，直至笔售完为止。
发笔器为轮轴结构，它设置在竹筒内上方的另一侧。轮固定在轴上，轮的四周靠轮边缘不远的地方均匀开有十孔，每孔可竖直放一支笔（图中只画出第一和第六支笔），笔与轴平行，轴垂直安在竹筒顶部与隔板之间, 轮下安一与轮等径且同轴的圆盘，圆盘固定不能随轴转动，笔的下端落在圆盘上。当轮转动时，笔随轮转动，笔的下端在圆盘上滑动。圆盘边缘有一缺口，缺口正对发笔器阻力臂的一端，轮转动时将带动笔进入缺口落在发笔器阻力臂的一端。
此外，竹筒的上方开有一弧形缺口（出笔口），弧形缺口一端直径小，另一端直径大。当发笔器把笔推出竹筒外时，笔锋露在弧形缺口小径一端。顾客取笔时提笔向弧形缺口口径大的一端挪动，然后将笔取出。顾客取笔时，由于要将笔稍微挪动至弧形缺口大径端才能将笔取出，取笔的过程，实际上是让顾客用笔杆拨动轮轴的过程。笔取出时，竹筒内另一支笔正好处于轮下圆盘缺口处，那支笔落在发笔器阻力臂的一端处于“待售”状态。
上述无人自动售货机的构成，其主要依据是杠杆和轮轴的工作原理。杠杆和轮轴机械在当时早已相当普及，因此最有可能被“笔仙”采用。但该机可能没有识别硬币的装置，因为要设置这种装置在当时是相当困难的。尽管如此，“笔仙”使用该机还是长达三十年。
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