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紫禁城的九龙墙有多重?这块巨石在古代是如何运输的?

原标题:紫禁城的九龙壁有多重?这块巨石在古代是如何运输的?

紫禁城的九龙墙有多重?这块巨石在古代是如何运输的?有趣的历史系列为您提供了详细的相关内容。

那些去过紫禁城的人应该已经看过了。紫禁城里有一面九龙壁。所谓的九龙壁是一种影子墙,影子墙是一种古老的用来阻挡视线的墙。我们经常在一些电视剧中看到,在一些大房子里,前门不是一个房间或起居室,而是一堵墙,挡住了从外面看的视线。这是阴影墙。紫禁城的屏风墙是九龙壁。然而,九龙壁的总重量是300吨。古人是怎么把这么重的东西运到紫禁城的?

紫禁城是中国历史文化中最具代表性的建筑。如此庞大的建筑结构体系不禁让人感慨祖先的智慧和建筑技巧。2014年11月4日,北京科技大学机械工程学院副教授姜立、清华大学摩擦学国家重点实验室副研究员陈浩生、普林斯顿大学机械与航空工程系教授霍华德·柊司在《美国国家科学院学报》上发表研究报告。他们指出,中国在古代建造故宫时,修建了人造冰路,水被用作润滑剂来运送重达300吨的巨石。他们再次用现代科学方法向世界展示了中华民族的无限智慧。

中国古人没有在冰上搬运巨石?

古代故宫建于公元1406年,并于公元1420年竣工。由于火灾,它在1557-1561年和1597-1627年重建了两次。据说最初的建设花费了23万工匠和数百万农民工和士兵,这是几代人劳动的结晶。紫禁城巧妙的建筑技术也吸引了众多中外研究人员全力以赴。紫禁城里有成千上万块巨石,其中最大的是放在包和殿后面的九块约300吨重的尤龙石雕。《两宫丁健记》曾简要记录了隆冬时节,长石雕被拖到人造冰路上。

尽管没有详细的记录和科学证据证明这些长石雕的搬运过程,但北京科技大学机械工程学院副教授姜立在500年前通过查阅记录发现了类似的情况:1557年,一队工人以类似的方式搬运了一块重约123吨的巨石,并将其运送到紫禁城,全程70公里。这可以补充和纠正机械工程史上的观点,即“自从公元前1500年中国的轮子完全发展起来,中国古代就没有人在冰上搬运巨石”。

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滑动摩擦比滚动摩擦更安全可靠。

去年夏天,姜立和清华大学摩擦学国家重点实验室副研究员陈浩生带着普林斯顿大学机械与航空工程教授霍华德·柊司(Howard)参观紫禁城,讨论大型石雕运输中的润滑问题。事后,他们查阅了文献,但没有从现代工程科学的角度找到相关的分析研究,所以他们决定搞清楚。

根据姜立的介绍,明代的人们已经认识到在低速重载下滑动摩擦比滚动摩擦更安全可靠。此外,紫禁城内的巨石运输采用冰润滑的方法,通过在冰上泼水形成水膜作为润滑剂来达到降低阻力的目的。通过比较发现,这种运输方式比传统的滑道、滚轮和普通的冰润滑更加省力,更适合北京当时的环境条件。为此,研究人员通过比较滚动摩擦系数和滑动摩擦系数,证明了该方法的合理性。

理论上,因为冰的表面比木质表面更坚硬光滑,紫禁城的建造者使用人造冰路使用作巨石垫的木板接触冰的表面(而不是古埃及用木板铺路来实现板与板的接触),大大减少了摩擦。根据古籍和合理的计算,姜立等人从现代实验的角度估计,以同样的方式运输123吨巨石所需的工匠人数大约在300人以下,因此可以推断,运输300吨巨石的数量不能超过太多。然后,他们计算出在木制轨道上运输123吨巨石所需的人数为354人,这接近预期的人数,但显然它可能无法运输300多吨九龙墙。可以推断,当时最可行的方法是铺设冰道,并在冰道上拖动巨石。这种方便的方法与北京的气候和环境有关。与在热带地区生活了很长时间的埃及相比,北京有利用冰冷冬天的天然优势。根据古籍记载,运送巨石的时间大约在冬至。在15和16世纪,北京一月份的平均气温是零下3.7摄氏度(上下0.5摄氏度)。虽然没有天然河流为运输提供冰路,但人们在运输过程中每半公里挖一个洞来确保冰路的供水。

润滑剂背后的科学

根据巨石到达紫禁城的距离和时间,专家估计拖动123吨巨石所需的平均速度为每秒8厘米。如此低的速度,加上非常小的摩擦力,不会使冰自动融化成水,从而在冰道和木板之间形成润滑剂。因此,姜立等人研究了摩擦生热以外的其他方法来产生和维持水膜,即拉动时直接将水溅到前面,这在古埃及也有记载。根据现代物理研究,低速运动物体在冰上的摩擦力比高速运动物体大得多,但是当接近零度时,水膜润滑的摩擦力非常小,所以即使水作为润滑剂溅出,即使滑动速度为每秒8厘米,摩擦力也只会非常小。由于明代北京白天在零下3.7摄氏度的条件下,水不能在2分钟内完全冻结,水膜可以得到维护并保证运输。当然,古人也可能用热水来延迟冷冻。因此,研究人员可以得出这样的结论,当沿着紫禁城的九龙墙拖运时,冰路不仅是为了减少摩擦,而且在长途运输中,水作为润滑剂被注入冰路中。

中国科学技术史上一位著名的研究者约瑟夫曾指出,古代中国并没有建立基于数学的西方科学体系。中国古代的先进技术是一个经验系统,很难称之为科学。然而,当我们站在那里凝视紫禁城,学者们用现代科技手段重新审视紫禁城的建筑技术时,我们不禁被我们祖先的智慧所折服。姜立还评论道:“明代巨石的运输方式表明,当时人们对低速重载的润滑研究达到了很高的水平。紫禁城的建造和向西的七次航行都发生在15世纪初。巨石运输的例子表明,当时的陆路运输技术并不比航海技术差。”

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作者:admin | 分类:6b93Vo | 浏览:2954 | 评论:0 2019 11 22  
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