科学家们揭示了北京故宫巨石运输的古老秘密。据称,1406年建造时,明代工人利用冬日道路结冰的特性,将100多吨巨石从70公里外的采矿场运送至故宫。新近的一项研究显示,这项工程之所以能够成功,是因为工人们在人造路径上每隔500米挖掘小型水井,以便于冬季抽取井水并倾倒在冰面上作为润滑剂。
600年后,北京大学和美国普林斯顿大学的专家团队重新分析了这一过程,他们认为当时的冬季气温较低,可以使道路结成坚硬的冰层。但是,即便如此,寒冰并不能成为理想的润滑层,尤其是在搬运巨石的时候。
为了解决这个问题,当地工人们采用了一种创新的方法。在冰面的表面,他们倾倒足够热量来保持液态,使得冰面变得光滑。此举大大降低了移动重物所需的人力,并且减少了摩擦力。事实证明,在使用这种方法下,只需要46个人就能搬动一块123吨重、9.3米长的大石头,而没有这种技术则需要338人才能完成同样的任务。
这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上,其中提到,当路面铺设原木时产生的摩擦系数为0.2-0.4,而使用冷冻水进行滑动,则仅为0.02。这意味着冷冻水可以显著减少摩擦力,从而提高工作效率。
尽管早期工人们也尝试过其他搬运方法,如滚木,但科学家的计算显示,最有效的是将巨石放置在湿滑的地面上,然后再推动它们。这一发现不仅向我们展示了过去工程师如何克服困难,而且也说明他们对物理原理有着深刻理解,为现代工程学提供了一份宝贵的情报。