【物理應用】古埃及人如何運送金字塔石塊?謎底揭曉了!

■幾千年前雄偉的金字塔究竟是怎麼建成的?現在可能有答案了。

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此為傑胡提和闐墓中描繪運送雕像的概圖。圖中,站立在雕像腳邊的人正在倒水,弄溼車子前方的沙。來源|Wikimedia

撰文|Janet Fang
編譯|柯宗佑

古埃及人搬運巨大雕像或運送重達2.5噸的金字塔石塊時,一向以滑車當載具,一路運過整片沙漠,不過當時沒有任何現代機械輔助。最新的研究報告指出,只要將些許水份混入沙中,再施用於滑車上,就能有效降低摩擦力,而古埃及人正是靠著這項妙招,才將所需人力砍至原先的一半。

堆沙堡時,我們不會只用乾沙來堆,而是要加點水,沙粒才會牢牢相黏,沙堡才能屹立不搖。在沙地上運物時,同樣得灑點水,方能讓沙粒相互黏合,以使物體與地面的動摩擦力下降。

任職阿姆斯特丹大學(University of Amsterdam),的丹尼爾.波恩(Daniel Bonn)率領一支國際研究團隊,在盆子中分別裝進乾沙與溼沙,再以滑車於其上拖物,企圖測試摩擦力大小。滑車在乾沙盆中移動時,車前會形成小沙丘,阻礙車子移動。當乾沙加水形成溼沙時,所需拉力及受到的摩擦力就減少了;而當水越加越多,沙團越來越結實後,車前的沙丘也越來越小,直至消失殆盡。

實驗結果顯示,滑車所需拉力與沙粒結實程度彼此相關。沙子混入水後,裡頭會形成毛細水橋(capillary bridge),而其中的小水滴會像膠水一樣,把沙粒黏在一起。若水量控制得宜,溼沙會比乾沙結實一倍,讓滑車更容易在上面移動。

波恩向《華盛頓郵報》表示:「我非常意外,原來所需拉力可以降到這麼低,少了50%。也就是說,埃及人如果在溼沙上拖物,只需要一半的人力就夠了。」下圖中即為實驗室用的模型:左邊是在乾沙上拖滑車的情形,車前有小沙丘,右邊則是溼沙,車前並無小沙丘。lab-setup

不過,這跟堆沙堡一樣,加太多水絕非好事。要是水量過飽,原本提供黏著作用的毛細水橋會凝成一團並逐漸消失,讓沙子的結實度下降,導致拖行物體的摩擦力增加。波恩表示,這是個微妙的平衡:「既不能用乾沙,也不能用過溼的沙。要維持最佳比例才行。」最理想的比例,大約是倒入沙子總體積2%到5%的水。

事實上,這項研究結果早就展現在世人眼前了。傑胡提和闐(Djehutihotep)的墓中有一幅圖畫,上頭畫著一名工人站在拖著巨大雕像的拖車前,朝沙地上倒水的動作,而拖車則是一塊邊緣上翹的大木板。波恩說:「在埃及學家看來,倒水是淨化儀式的一部分,且從未以科學原理來解釋。」

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研究出處:Mystery Of How The Egyptians Moved Pyramid Stones Solved

譯者:柯宗佑 科教中心特約寫手,從事科普文章編譯。
責任編輯:Kerina Huang

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6 thoughts on “【物理應用】古埃及人如何運送金字塔石塊?謎底揭曉了!

  • 2014 年 06 月 04 日 at 10:58:47
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    首先,我能夠接受實驗結果
    其次,我相信這與埃及人的搬運方式不符
    原因很簡單:埃及是沙漠
    沙漠裡寶貴的水資源被拿來撒在大面積的地上以搬運重物
    在奢侈的皇家都不會這麼做吧?
    對於理想狀況而言是撒2~5%的水,物寬*路徑長=需灑水面積,灑水面積大,故2~5%ˇ的水量也不少
    再者該實驗室在荷蘭實驗室裡做的
    與艷陽高照的埃及完全不一樣
    所以我覺得要以這個事實來牽扯埃及人搬運重物也太過牽強

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  • 2014 年 06 月 04 日 at 11:22:53
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    我覺得有可能誒
    埃及雖然是沙漠,但還是有尼羅河流過
    古代皇家大好喜功早已不是新聞了,真的浪費水做這件事也不無可能XD

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  • 2014 年 06 月 04 日 at 13:45:50
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    給一樓,那你聽過尼羅河氾濫,以及大部分的金字塔離河都不遠嗎

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  • 2014 年 06 月 04 日 at 16:27:01
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    我覺得我們還需要更多的証據佐證,這都不算定論
    文章小編引言也說這篇只是提出一個可能
    大家多討論吧!!

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  • 2014 年 06 月 04 日 at 19:45:55
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    金字塔都離河不遠(但雖然離河不遠可能只是單純飲用水取得問題),到尼羅河最近河道大概8公里遠
    但如果算入尼羅河氾濫&其灌溉溝渠,可能連一公里都不到

    不過我覺得就算是有聰明人發現濕砂摩擦力低,對外宣告時,應該也是會以宗教儀式來解釋

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  • 2014 年 06 月 04 日 at 23:52:24
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    謝謝各樓指教
    大推五樓XD
    二樓說得的確也是事實XD
    謝謝三樓補足我忘記考慮的事(氾濫)
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    臉書是好東西
    有人在臉書上分享了連結,他的朋友說我忘記一件事
    "金字塔的重工期在雨季"

    於是我被說服了
    金字塔調用的人都是農閒之餘的壯丁
    而埃及的農閒確實是雨季,因為那時正好是尼羅河的氾濫期(雨季CAUSE氾濫)
    既然是雨季,也就比較沒有水量與面積的問題了!

    PS.印象中DISCOVERY還是NATIONAL GEOGRAPHY哪個頻道有播過相關內容,推測離尼羅河不遠是因為食材是從上游來的,
    埃及人切割完食材後運用木材與尼羅河運石材(年代久遠可能記錯)

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