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《仪象志》、（1674）和《穷理学》（1683）两部著作中，介绍了力学基础知识，包括重力、重量、重心、比重、浮力、材料强度、单摆、自由落体运动等知识。同时还介绍了光的折射和色散方面的知识。

南怀仁在《新制灵台仪象志》中，介绍了机械方面的许多知识。他的另一部未刊刻的著作《穷理学》也包含了关于简单机械的相当丰富的知识。《穷理学》于康熙二十二年八月二十六日（1683年10月16日）进呈，共60卷，是南怀仁最重要的一部著作，此书依据“格物穷理”之概念，综合以往所成中西会通著作编撰而成，是当时传入西学之集大成者，此书现仅存十数卷残抄本。在《穷理学》的第七卷“轻重之理推”（共131节）中，有82节是关于简单机械的知识。详细叙述了天平、等子、杠杆、滑车、圆轮和藤线等六种简单机械的性质、原理、计算和应用。

南怀仁不仅在其著作中传播机械及机械工程方面的知识，而且实际参与机械工程方面的实践活动。南怀仁奉召到北京后不久，他协助汤若望完成了一件相当困难的事情，这就是要设法把一口重达12万斤的大钟悬挂在钟楼里。

汤若望和南怀仁经过实地察看后，商定了移动和吊起大钟的方案——使用定滑轮、动滑轮和滑轮组。1661年4月的一天，在他们的指挥下，200名工匠齐心协力操作，终于将大钟移到了预定位置。

南怀仁在1669年（康熙八年）被重新起用，回钦天监任事，他在治理历法、制造观象台仪器的同时，奉旨完成一件与钦天监工作毫不相干的重要任务——运送孝陵大石牌坊的石料过卢沟桥。

石块重12万斤，放在16个轮子的特大平板上，套300匹马来拉，这么多的马匹挤在狭窄的桥上，不易驾驭，如果统一不了步调，马匹拥挤蹦跳，可能产生难以估计的巨大震动。假如这样，卢沟桥这数百年的老桥恐怕就承受不住了。南怀仁经过实地考察，认为改用绞盘来牵引最为稳妥。他的方案被工部采纳，在他的亲自指导下，制成了足以拉动巨石的滑轮和绞盘。运石过桥那天，工部尚书奉皇帝之命亲临现场。桥的西面设12个绞盘，每个绞盘由8名大汉推动；桥的东面设6个绞盘。东西两端的绞盘用粗大的绳索相连。起动的命令一下，鼓乐齐鸣，绞盘拉动绳索，绳索牵引着十轮运石车稳稳当当地通过了卢沟桥。同年的10月和11月，以同样的办法又把修建陵墓所用的其他巨形石料安全地运过了卢沟桥。南怀仁的方案获得了巨大的成功。

在机械制造方面，南怀仁还在中国进行了汽轮机的最早实验，就是利用一定温度和压力的蒸汽的喷射作用，推动叶轮旋转，从而带动轴转动以获得动力。这个实验在他的《欧洲天文学》的“气体力学”一章中有过详细的描述。

从1655年来华至逝世，在华近三十年。南怀仁“勤勉竭力，不辞劳瘁”，为信仰奉献了一生，客观上为西方的科学技术知识在中国的传播作出了巨大的贡献。他去世之后，康熙皇帝为他举行隆重葬礼，并赐谥号“勤敏”。

在明清之际来华而后来客死中国的传教士中，南怀仁是唯一一位身后得到谥号的。谥号是用简单的两个字概括人物生前的功绩和操行，得到谥号的主要是皇帝与大臣，康熙皇帝所赐“勤敏”二字，恰好是对南怀仁在钦天监供职期间勤勉、聪敏的恰当评价。

但是，光环底下也有黑暗，南怀仁在中国也干了一件嫉贤妒能的大坏事――*中国的兵器发明家。

中国史上，曾出现了一种“连珠火铳”的枪械。它是世界上最早的“机关枪”，可连射28发子弹。比欧洲人发明使用机关枪早200多年，威力和优越性超过当时世界强国的同类火器。

“连珠火铳”的发明者，是一位杰出的中国发明家戴梓。

南怀仁曾向康熙炫耀他们国家发明的“冲天炮”（又称“子母炮”），并夸口说，“冲天炮”只有比利时人能造，结果花费一年的时间都没有造出来，而戴梓只用了8天时间就造成了。

“冲天炮”造好后，康熙率众臣亲临现场观看试射，“冲天炮”的火力威猛，弹无虚发，康熙非常高兴，并且大加赞赏，立刻为此炮赐名为“威远大将军”，并下令把制造者的姓名镌刻在炮身上以示纪念。“冲天炮”在日后平定噶尔丹叛乱的战斗中发挥了重要的作用。

南怀仁嫉恨在心，伺机报复，于是勾结张献忠养子之子陈宏勋在康熙面前诬陷戴梓“私通东洋”，结果康熙轻信谗言，将戴梓流放到了盛京（今沈阳）。

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