工具

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工具（tool）或称器具、器材，是指能够方便人们完成工作的器具。广义上，工具可以是机械性的，也可以是智能性的。大部分工具都是简单机械：例如一根铁棍可以当作杠杆使用，力点离开支点越远，杠杆传递的力就越大。

哲学家曾经认为只有人类才会运用工具，因此将人定义为懂得运用工具的动物。可是观察发现黑猩猩及其他动物，特别是灵长类动物，和某些鸟类（如渡鸦）及海獭等都能使用工具。之后，哲学家认为只有人类才有制造工具的能力，直到动物学家观察到某些鸟类和猴子也会制造工具为止。大部分人类学家相信工具的使用是人类进化史上重要的一步；人类发展出与其他手指相对的拇指用以把握工具，而智力的进步能帮助人类适当运用工具。一些研究表明，大脑把工具视为身体延伸出去的一部分。现代研究还表明，人类是唯一使用工具来制造其他工具的物种。

## 定义

虽然人们对工具的日常含义有广泛共识，但学术界提出了多种正式定义。1981年，本杰明·贝克（Benjamin Beck）发表了被广泛引用的工具使用定义，后经修正为：用户在使用期间或使用之前持握并直接操作工具，负责工具的恰当和有效定向，通过外部使用一个可操纵的环境对象，来更有效地改变另一对象、另一生物体或用户自身的形式、位置或状态。

其他简明的定义包括：

- “携带或维护以供未来使用的对象”——Finn、Tregenza 和 Norman，2009年
- “使用除动物自身身体或附肢以外的物理对象作为延伸动物物理影响力的手段”——Jones 和 Kamil，1973年
- “为适应目的而被改造的对象……或者人们使用或改造以引起环境变化、从而促进实现目标的无生命对象”——Hauser，2000年

在暴力冲突中被用来提高打击效果的工具称为武器。大部分工具都可作为简单武器之用，例如锤、刀；同样，人们也可以把炸药等武器当作矿业、土木工程和拆除建筑的工具使用。

## 演化历史

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人类学家相信工具的使用是人类演化的重要一步。由于人类和野生黑猩猩都广泛使用工具，一般认为首次常规工具使用发生在两者物种分化之前。这些早期工具可能由易腐烂的材料制成（如树枝），或使用未经改性的石块——后者难以与其他石头区分。

石器可以追溯到约250万年前。2010年的一项研究表明，南方古猿阿法种在约340万年前已使用石制工具切割动物尸体取肉，将已知最早的石器使用推前至340万年前。确凿的工具实物在埃塞俄比亚距今至少260万年。最早可辨别的石器形式之一是手斧。

### 古代工具发展年表

许多工具在史前或历史早期即已发明，考古证据为其发展和使用提供了年代数据：

- 奥杜瓦伊石器技术（奥杜万文化）250万年前（刮削器；屠宰动物尸体）
- 棚屋，200万年前
- 阿舍利石器技术，160万年前（手斧）
- 火的创造和操控，自旧石器时代以来，可能早至150万年前
- 船，90万年前
- 烹饪，50万年前
- 标枪，40万年前
- 胶，20万年前
- 服装，可能17万年前
- 石器，由弗洛勒斯人使用，可能10万年前
- 鱼叉，9万年前
- 弓和箭，7万至6万年前
- 缝纫针，公元前6万至5万年
- 笛，4.3万年前
- 渔网，4.3万年前
- 绳索，4万年前
- 陶器，约公元前2.5万年
- 鱼钩，约公元前2.1万年
- 动物驯化，约公元前1.5万年
- 投石索，约公元前9千年
- 细石叶，约公元前9千年
- 砖（用于建筑），中东地区约公元前6000年
- 农业和犁，约公元前4000年
- 轮，约公元前4000年
- 日晷，约公元前4000年
- 文字系统，约公元前3500年
- 铜，约公元前3200年
- 青铜，约公元前2500年
- 盐，约公元前2500年
- 战车，约公元前2000年
- 铁，约公元前1500年
- 玻璃，约公元前500年
- 弩炮，约公元前400年
- 铸铁，约公元前400年
- 马掌，约公元前300年
- 马镫，公元最初几个世纪

六种经典简单机械中的几种（轮轴、杠杆、滑轮、斜面、楔和螺丝）诞生于美索不达米亚。轮轴机构最早出现在公元前5千年的陶轮中。杠杆最早用于公元前约3000年美索不达米亚的吊杆提水设备。滑轮的最早证据可追溯到公元前2千年的美索不达米亚。螺丝是最后被发明的简单机械，最早出现于新亚述时期（公元前911–609年）的美索不达米亚。

### 机床与工业革命

机床在工业革命中引发了工具生产的激增。工业革命前，机器由各类工匠制造：磨坊匠建造水车和风车，木匠制作木框架，铁匠和车工制作金属部件。木制部件存在缺点，尺寸随温湿度变化，且接头会随时间松动。随着工业革命的推进，金属部件和框架的机器变得普及。

机床凭借其固有精度，实现了可互换零件的经济生产。纳米技术的倡导者预期当工具变得微小时将出现类似的爆发。

## 工具的种类

工具可按其基本功能分类。以下分类保留并重组了传统分类中的常见示例。

### 切割工具

切割和刃具，如刀、镰刀、长柄大镰刀、短柄小斧和斧，是楔形工具，沿窄面产生剪切力。理想的刃口需要比被切割材料更硬。常见的切割工具还包括石斧、凿子、锯、锛、锉、刨子、螺丝起子、扳手、内六角扳手、钻、錾子、剪刀、镐、钐刀、砍刀、连枷等。

### 施力工具

施力工具通过施加物理压力来移动物体。许多是杠杆，为用户提供机械利益。例子包括锤（施加冲击力）、螺丝起子（施加旋转力、即力矩）、钳子、扳手、镊子、夹钳、虎钳、千斤顶、压碎机、砂轮机等。砧在锤击时通过阻止物体移动来集中力量。书写工具通过压缩激活墨水来将流体输送到表面。

### 加热与化学工具

利用温度变化或化学反应的工具有打火机、喷灯、电烙铁、焊接工具及热喷枪等。炸药等武器也可用于工矿和拆除。

### 测量与引导工具

用于测量、引导和感知的工具包括直尺、标尺、三角尺、游标卡尺、量角器、水平仪、千分尺、激光对心仪、显微镜、传感器、时钟、眼镜等。

### 成型工具

成型工具包括模具、夹具、镘刀等。大型成型工具则有机床类，如车床、铣床、刨床、钻床、磨床、锯床、牛头刨床、镗床、拉床、滚齿机等。液压工具（如液压破碎机）和气动工具（如气动磨机、气动扳手、气动攻牙机）也属此类。

### 紧固工具

紧固工具包括焊接设备、焊铁、铆钉枪、钉枪、胶枪等。非电动的手工紧固工具则有螺丝起子、扳手等。

### 多用途工具

多用途工具是指将多种工具整合到一个便携设备中的手动工具，瑞士军刀是早期代表。其他工具在主要功能之外也附加了其他功能——例如鲤鱼钳兼具夹持和剪切功能，常被用作锤子；某些手锯在钝刃与手柄之间的直角处整合了尺规功能。

### 其他常见工具

- 农耕用具：犁车、耙、耖、耧车、碾子、石磨、碓、锄、铡刀
- 餐饮用具：筷子、叉、刀、匙、锅、鼎、鬲、筚
- 清洁用具：各种刷子（如牙刷和扫帚）、抹布、清洁用手套、毛巾
- 书写工具：毛笔、圆珠笔、钢笔、铅笔、羽毛笔、铁笔
- 乐器
- 刑具
- 体育用品：跳绳、吊袋、棋子、鞍马
- 其他家居用品：不求人、开瓶器、开罐刀、风扇、苍绳拍、哨子、蛋挞、发钳、壁炉铲

玩具工具很受小孩喜爱。有些玩具工具是真实工具的袖珍版，如小孩于海滩或沙池玩的玩具锹和桶；另外有些玩具工具并没有真正的功能，如一把钝的塑胶刀。

### 智能工具

智能工具是指非物质的、智力性或概念性的工具。原始的工具分类将其细分为语言、逻辑、传统和算术等范畴。通过引申，支持系统或探究性思维的概念也常被称为“工具”——匈牙利语称之为“非物质工具”（immateriális eszköz）。例如，教师使用“反思工具”来提升专业实践，国际劳工组织使用“工具包”来描述改善全球劳资关系的流程。在计算机科学中，辅助工作的软件程序也被称为工具，如计算机辅助设计、集成开发环境和电子表格等。

约翰·卡尔金有句名言：“我们塑造工具，然后工具塑造我们。”学者进一步阐述：“人类创造了鼓舞人心和赋予力量的技术，但也被技术所影响、增强、操纵乃至禁锢。”

## 功能

各种工具都有其特定功能，例如：

- 观察（夜视镜……）
- 切割（刀、锯……）
- 用力（锤、螺丝起子、鞭、书写工具……）
- 引导（三角尺、算术、直尺、传统……）
- 保护（头盔、铠甲、盾牌……）
- 捕捉及把握（钳子、手套、扳手……）

### 工具的替代

通过设计或巧合，一种工具可能与其他工具共享关键功能属性。此时，某些工具可以替代其他工具，或是作为临时解决方案，或是出于实际效率考虑。“一工具通用”是一句对无法携带所有专用工具到每个工地的工人（如木匠）的重要格言。工具替代可分为两类：“预设替代”（多用途工具）和“临时替代”。后者依靠人类的创造性将工具用于非预期目的，例如用长螺丝刀代替叉形扳手拆卸汽车控制臂。

## 非人类的工具使用

动物使用工具的现象已被大量观测。最初被认为是人类独有的技能，但后续研究发现许多物种也具备这一能力。

灵长类以使用工具狩猎、采集食物和水、遮雨及自卫而闻名。简·古道尔对黑猩猩的工具使用进行了开创性研究。野生灵长类的工具使用被认为相对普遍。野生和圈养的象已知使用鼻子和脚创造工具，主要用于拍苍蝇、搔痒、堵住掘出的水坑以及获取难以触及的食物。宽吻海豚会用海绵保护喙部觅食。海獭使用岩石或硬物敲开鲍鱼和贝类。

鸦科（如乌鸦、渡鸦和白嘴鸦）以工具使用闻名。新喀鸦是仅有的能自制工具的动物之一，它们主要用树枝和金属线制造探针来捕捉幼虫。缝叶莺制造“袋子”筑巢。啄木鸟的达尔文雀会将树枝插入树中捕捉幼虫。某些鱼类用工具狩猎和敲开贝类。在头足类中，章鱼已知采集椰子壳制造庇护所或用岩石建造屏障。