石头|古代,不光外国人可运输巨石,中国人照样可以,而且石头更大更重( 二 )
据李疆介绍 , 早在明代人们就已经意识到 , 在低速 , 高负荷下运输砌块时 , 滑动摩擦法比滚动摩擦法更安全、更可靠 。 另外 , 在紫禁城中运送石头时 , 润滑冰表面 , 并形成水膜作为润滑剂 , 将水倒在冰面上 , 就可以达到降低阻力的作用 。 人们进行比较后发现 , 这种运输方法比使用传统的木制橇、滚子和传统的冰面润滑 , 节省了更多的劳动力 , 并且 , 更适合于北京的环境条件 。
对此 , 通过比较滚动和滑动摩擦系数 , 研究人员表明:“古代中国的劳动人民 , 采取的这种方法是最合理的 。 ”
从理论上讲 , 由于冰面比木质面更为坚固、更为光滑 , 故宫的建造者们 , 使用人造冰道将木板作为垫层 , 与冰的表面接触 , 大大的减少了摩擦 。
基于史料与一些合理的推算 , 根据李疆的估计 , 从现代实验的角度来看 , 需要差不多300名工匠 , 才能够以同样的方式运输123吨的石材 。 因此 , 可以估计运送300吨石材所需求的人数 , 并不会超出这个数字太多 。 然后 , 他们计算出 , 在木板拖运轨道上运输123吨石材所需的人数为354人 。
尽管 , 这与预期的数量接近 , 但是 , 这在运输重达300吨的九龙壁时 , 依旧可能会失败 。 对此 , 我们可以得出结论 , 当时最可行的方法是建造冰道 , 以及沿冰道滑动石头 。 这种实用的方法与北京的气候、环境有关 , 相对于长期以来处于热带地区的埃及 , 北京在寒冷的冬季具有天然优势 。
根据古代文献 , 石头的推运时间是在冬至前后 。 15至16世纪 , 北京在一月份的平均温度为零下3.7摄氏度 , 这个温度上下浮动不大 。 尽管没有天然的河流为运输提供冰道 , 但人们在运输过程中每半公里就会凿坑取井水以保证冰道的用水 。 也就是说 , 当时的人为了有足够的水 , 他们每500米就会挖一口井 。
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【石头|古代,不光外国人可运输巨石,中国人照样可以,而且石头更大更重】既然 , 古人会在冰道上用水作为润滑剂 , 那么 , 这些被作为润滑剂的水 , 会不会在泼洒的过程中就凝结成冰呢?
根据将石头运送到紫禁城的距离和时间 , 专家计算得出 , 以123吨的速度运送石头 , 所需的平均速度为每秒8厘米 。这样低的速度和极小的摩擦不会自动融化冰的表面 , 也不会使水在冰道和木板之间形成润滑剂 。 因此 , 李疆等人研究了其它方法 , 关于除了通过摩擦产生热量之外 , 还有什么办法可以产生和维持水润滑膜 , 即:在拉动的过程中直接在前面浇水 , 这种办法古埃及也有记载 。
通过现代物理的研究可知 , 冰上低速运动物体的摩擦力比高速运动时大得多 , 但是 , 在接近零度时 , 以水膜为润滑的摩擦力则非常小 , 因而 , 在泼水作为润滑剂的情况下 , 纵使每秒8厘米的低速滑动 , 只会有极小的摩擦力 。 由于 , 在明代北京日间零下3.7摄氏度的情况下 , 水在2分钟内不可能完全冻结 , 因此 , 如此形成的水膜是可以维持并保证运输的 。 当然 , 古人也可能使用热水来延缓冰面的结冻 。
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