导读:故宫是中国历史文化最具代表性的建筑,如此庞大的建筑结构体系不禁使人感慨先人的智慧与建筑技巧。11月4日,北京科技大学机械工程学院副教授李疆、清华大学摩擦学国家重点实验室副研究员陈皓生及普林斯顿大学机械与航空工程系教授霍华德·斯通在美国《国家科学院学报》上发表研究报告,指出中国古代兴建故宫时,曾制造人造冰道,并以水为润滑剂,拖运了重达300吨的巨石,再次以现代科学方法向世界展现了中华民族无穷的智慧。
网络配图
中国的古人不在冰上拖运巨石?
古老的故宫兴建于明成祖朱棣永乐四年(公元1406年),至永乐十八年(公元1420年)落成,曾于1557年至1561年、1597年至1627年由于大火进行两次大规模重建。据称最初的建设投入工匠23万人,民工士兵上百万,是几代人劳动的结晶。故宫巧妙的修建技术也吸引着后来无数中外研究者为其倾尽心血。故宫里使用的巨石多达数万块,其中最大的一块是摆放在保和殿后面的雕有九条游龙的大石雕,重约300吨。《两宫鼎建记》曾简要记载,长石雕是隆冬时节在人工冰道上被拖运来的。
尽管长石雕的拖运过程始终没有详尽的记载和科学论证,北京科技大学机械工程学院副教授李疆却通过翻看500年前的记载,发现一个相似的情况:在1557年,有一队劳工通过类似的方式拖运一块重约123吨的巨石,经过70多公里的行程将其运到故宫。由此可以对机械工程史上“由于在公元前1500年时中国的车轮已经充分发展,因此中国古代没有出现以人力在冰上拖运巨石的案例”这一观点进行补充和修正。
滑动摩擦比滚动摩擦更安全可靠
去年夏天,李疆与清华大学摩擦学国家重点实验室副研究员陈皓生带着第一次到访中国的普林斯顿大学机械与航空工程系教授霍华德·斯通参观故宫,讨论起大石雕运输中的润滑问题。事后他们查阅文献,却未发现从现代工程科学角度进行相关分析的研究,因此他们决定一探究竟。
据李疆介绍,明代的人们在巨石运输中就已经认识到,在低速重载情况下,滑动摩擦方式比滚动摩擦方式更为安全可靠。而且,故宫巨石运输采用了冰面润滑的方式,并且通过在冰面泼水形成水膜作为润滑剂,来实现减轻阻力的目的。通过比较发现,这种运输方式比用传统的木撬、滚子及普通的冰面润滑更加省力,且更适合北京当时的环境状况。为此,研究者通过滚动与滑动的摩擦系数的对比,说明了该方法是合理的。
网络配图
润滑剂背后的科学
根据巨石运到故宫的距离和时间,专家们估算拖动一个123吨的巨石所需的平均速度是每秒8厘米。如此低的速度,加上极小的摩擦力是不会使冰面自动融化成水进而在冰道与木板之间形成润滑剂的。因此李疆等人研究了除摩擦生热外的能使水膜产生和保持的其他方法,即在拉动时直接在前面泼水,这一点在古埃及也有类似的记载。通过现代物理研究可知,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结冻。所以,研究者可以得出在故宫九龙壁拖运时,不仅采用制造冰道的方式减缓摩擦,还在长途运输时向冰道泼水作为润滑剂。
着名的中国科技史研究者李约瑟曾指出,古代的中国并没有建立起西方以数学为基础的科学体系,中国古代的先进技术是一种经验体系,难以称之为科学。然而,当我们伫立凝望故宫,当学者们用现代科技手段重新审视故宫的兴建技术时,不禁为我们先人的智慧所折服。李疆也评价说:“明代的巨石运输方式说明,当时人们对低速重载的润滑研究达到了很高水平。紫禁城的兴建与郑和七下西洋都发生在15世纪前期,巨石运输的例子说明当时的陆地运输技术并不比航海技术逊色。”
网络配图
从理论上来说,由于冰面比木质表面更加坚固和平滑,故宫兴建者采用制造人工冰道,使作为巨石垫板的木板与冰面接触(而非古埃及以木板铺路,实现木板与木板的接触),大大减小了摩擦力。李疆等人根据古籍记载和合理推算,从现代实验的角度,估测以同样的方式运输123吨的巨石大致需要工匠数为300人以下,因此可以推测运输300吨的巨石的人数不可能超出太多。然后,他们推算了以木板为轨道拖运123吨巨石所需的人数为354人,虽接近预期人数,但明显在运输300吨以上的九龙壁时很可能失败。进而可以推论,当时最为可行的方法是铺设冰道,在冰道上拖动巨石。这种便利方法与北京的气候环境有关,与长期处于热带的埃及相比,北京拥有使用冰的天然优势——寒冷的冬天。古籍记载,运送巨石的时间是在冬至前后,在15、16世纪时北京1月的平均气温是在零下3.7摄氏度(上下0.5度),虽然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水以保证冰道的用水。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。
明朝历史上,张居正以其非凡的政治才能和改革精神被誉为一代名相。然而,他的死后详情
在三国历史的长河中,英雄辈出,各展雄才。然而,尽管徐晃曾在战场上击败过赫赫有详情
在中国古代历史上,皇后作为皇帝的正妻,地位显赫,但也常常身处险境。乙弗皇后的详情
在东汉末年,群雄逐鹿,战乱不断。其中,袁术是一位极具争议的人物。他不仅敢于称详情
在中国历史上,郭嘉和诸葛亮是两位备受赞誉的谋士。他们生活在不同的时代,为各自详情
唐朝初年,中国历史上出现了一批英勇善战的名将,他们为国家的统一和繁荣做出了巨详情
在中国历史上,前秦皇帝苻坚的弟弟苻朗是一个充满悲剧色彩的人物。他一生讲究做人详情
在中国古代历史中,汉武帝是一位具有远见卓识的皇帝。他在位期间实行了一系列重要详情
在中国古代历史中,秦良玉是一个独特的人物。她不仅以其武艺高强、智勇双全而著称详情
明朝末年,宦官魏忠贤权倾朝野,成为朝廷中的一大势力。然而,崇祯皇帝却能够轻易详情
李隆基,即唐玄宗,是唐朝的一位显赫皇帝,而杨贵妃则是他最为宠爱的妃子。然而,详情
在中国历史的长河中,有许多人物随着时间的流逝而被神话化,他们的事迹被口耳相传详情
在中国古代历史上,岳飞被害一案一直是人们关注的焦点。这位抗金英雄的不幸遭遇,详情
在中国古代历史上,有许多著名的政治家和军事家因其卓越的才智而名垂青史,其中三详情
秦始皇统一六国后,面对一个庞大而多元的国家,为了加强中央集权,巩固统治,他进详情
在战国时期的赵国历史中,赵惠文王是一个颇具争议的人物。他因饿死亲爹——赵武灵详情
在清代历史上,康熙帝的一生充满了传奇色彩。作为中国历史上在位时间最长的皇帝之详情
在中国古代历史长河中,皇位争夺总是伴随着血腥与权谋。春秋时期齐国的历史便记载详情
在中国唐朝,皇权显赫,宫廷文化繁盛至极。在那个辉煌的时代背景下,杨贵妃不仅是详情
《水浒传》作为中国古典四大名著之一,描绘了宋朝时期一群草莽英雄的故事。在梁山详情
在中国古代历史中,三国时期因其复杂的人物关系和战争策略而被后世广泛研究。其中详情
在清朝的历史长河中,曹家的兴衰成为了一个引人注目的话题。作为康熙帝的宠臣,曹详情
在历史长河中,蒙古铁骑和八旗都是以勇猛善战而著称的军队。然而,谁才是更厉害的详情
野狼坡之战,是唐朝历史上一场具有重要意义的战役。这场战役不仅对唐朝的边疆安全详情
在历史的长河中,战争往往是国家之间力量对比、文化碰撞和利益争夺的直接体现。公详情
在中国的历史长河中,有一场战役以其激烈的战斗和深远的影响而闻名于世,那就是明详情
在中国的历史长河中,有许多重要的战役都以其独特的战术和深远的影响而被人们铭记详情
好水川之战是一场发生在1038年北宋与辽国之间的战役。这场战役发生在今天的四详情
浅水原之战是中国历史上著名的战役之一,发生在公元755年。这场战争是唐朝与安详情
雅克萨之战是中俄两国之间的一场重要战役,发生在1858年。在这场战役中,清朝详情
雅克萨之战是中俄两国之间的一场重要战役,发生在1858年。在这场战役中,清朝详情
雅克萨是一座位于俄罗斯远东地区的城市,曾经在19世纪末期成为了中俄两国之间的详情
雅克萨之战是中俄两国之间的一场重要战役,发生在1858年。在这场战役中,清朝详情
在中国古代的神话传说中,姜子牙和鬼谷子都是极具智慧和能力的传奇人物。他们分别详情
一、背景介绍 秦始皇陵兵马俑是中国历史上最著名的考古发现之一,被誉为“世界详情
标题:秦始皇10大诡异事件 一、陵墓之谜 1. 兵马俑:秦始皇陵的兵马俑详情
虞姬,中国历史上著名的女性人物,她与项羽的爱情故事被后人传颂不衰。而刘邦,作详情
胤祥没有遭到雍正的清洗,但他在年轻时去世,这一点对于一些历史学家来说存在着一详情
满清十二帝内没有溥仪的画像,只有照片,是什么原因呢? 在满清十二帝中,没有详情
溥仪的文化水平不仅仅是初中程度,尽管他的户口本上写着“初中”,但这并不是他真详情
古人常说“不孝有三,无后为大”,而在皇权社会,皇帝不具备生育能力,可不仅仅是详情
息肌丸是什么东西?真的有这种药存在吗?息肌丸是一种有催情作用的美容香精,塞到详情
赵飞燕服用息肌丸保持美貌,息肌丸是什么东西呢?感兴趣的读者可以跟着趣历史小编详情
历史上绵亿是荣亲王永琪与侧福晋索绰罗氏所生育的王府中的第五子,但其他的孩子都详情
彼岸花,又称曼珠沙华,是一种充满神秘色彩的花卉。这种花通常盛开在秋季,其鲜红详情
在现代社会,我们依赖于各种产品来完成日常生活的各个方面。从智能手机到笔记本电详情
在我们的日常生活中,我们常常会忽视地球上的一些奇妙之处。然而,当我们从太空中详情
在生物多样性的广阔领域中,每一次新的物种发现都像是打开了一扇通向未知世界的窗详情
在这个世界上,有些物品的价值超越了我们的想象。它们不仅仅是物质的存在,更是艺详情
在世界的每一个角落,无论是热血沸腾的球场,还是电视机前的粉丝,都被一位女性棒详情
位于中国云南的九龙河瀑布群,被誉为“中国的尼亚加拉”,是中国最大的瀑布群。这详情
北仑河口,位于中国浙江省宁波市北仑区,是中国大陆海岸线的最南点。这里既有美丽详情
鸭绿江口,位于中国东北地区,是中国大陆海岸线的最北点。这里既有壮丽的山川河流详情
湖北省,位于中国中部,素有“千湖之省”的美誉。全省湖泊众多,水域面积占总面积详情
京九铁路,这条连接北京、上海、香港、澳门等9个省市的铁路干线,被誉为“中国跨详情
在《西游记》这部古典名著中,沙僧是唐僧取经团队的重要成员之一。他曾在天庭担任详情
在金庸先生的武侠小说《天龙八部》中,人物众多,各有各的特色和能力。然而,如果详情
在中国古典小说《水浒传》中,梁山好汉们以其独特的个性和武艺闻名于世。其中,张详情
在中国古代文化中,“九天”与“九泉”是两个充满神秘色彩的概念,它们经常出现在详情
《红楼梦》作为中国古代四大名著之一,以其丰富的人物形象、错综复杂的故事情节和详情
在《水浒传》这部古典名著中,梁山泊聚集了一群英雄好汉,他们因不同的原因上山落详情
“窦融归汉”是中国历史上的一段脍炙人口的典故,它的背后蕴含了丰富的智慧和深沉详情
端午节,作为中国四大传统节日之一,不仅以其独特的龙舟赛和屈原纪念活动而闻名,详情
在中国浩如烟海的神话传说中,有两位非常独特的存在——方相和方弼。他们以非凡的详情
中国的传统文化中,“八仙过海”是一个广为流传的故事,它不仅展示了八位仙人的智详情
《史记》,作为中国历史上第一部纪传体通史,由西汉史学家司马迁所著,其编撰背景详情