

史料记载,15世纪的中国,工人们从采石场将重达百吨以上的石块通过修建的人工道路,运送了 43 英里,以建造紫禁城。
工人们每半公里就挖一口井来取水,然后在严冬时节将水浇在路上,形成冰道。之后,他们再拖拽石头。如今,六百年后,一项新研究揭示了当时是如何具体操作的。
来自北京两所大学和美国普林斯顿大学的工程师们对这一操作的细节产生了好奇。现代工程团队进行了计算,评估了包括滚木(一种流行的古代运输方法)在内的不同运输方式产生的摩擦力。研究人员表示,他们的计算结果表明,在冰上滑动是一种不错的选择,而且工人们可能会在雪橇前面倒水作为额外的润滑。
该团队计算得出,北京那个时代的冬季气温足以维持冰道的形成。事实上,当时的气温非常低,仅仅依靠摩擦力不足以在木制雪橇底部和冰道表面之间形成良好的润滑层。然而,气温又恰好足够高,使得倒在路上的水能在几分钟内保持液态。
研究人员计算,当时的轮式车辆无法承载超过 95 吨的重量。
现代工程师们计算,加水会产生巨大差异。在没有水的情况下,要拖拽一块 123 吨重的石头,需要 338 名男子,这块石头是根据一份当时的文献记载,人们在 1557 年将其运往紫禁城 43 英里路程中的一块长 31 英尺的石头。然而,有了水,只需要 46 名男子就能移动这块石头。
在水润滑的冰面上拉雪橇可能比在滚木上滚动效率更高。滚木在地面上的滚动摩擦系数为 0.2 到 0.4。使用轨道,这个系数降至 0.02 到 0.04。水和冰的滑动摩擦系数约为 0.02。总的来说,如果天气条件允许,滑动雪橇可能比处理滚木更容易,因为制造光滑的冰道比制造光滑的木板路更容易,研究人员写道。而且,在冰上转动载荷也比在滚木上操纵更容易。
那么,为什么不把这些东西都装上一个大轮车,然后让骡子来拉呢?研究人员计算,当时的轮式车辆无法承载超过 95 吨的重量。此外,冰道和人力比骡车更可靠,而紫禁城的建筑师们担心他们最大石头的安全,研究人员写道。不知道拉着石头的农民们是否也有同感。
研究团队已于今日在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的研究成果。