摩擦物理学揭示了人们如何将 100 多吨重的石头运送到中国紫禁城的细节

据记载，在 15 世纪的中国，工人们通过人工开辟的道路，将重达 100 多吨的石块从采石场运送到 43 英里外的地方，建造紫禁城。

工人们每隔半公里就挖一口井来取水，然后在深冬将水灌入冰层以修建道路。然后他们自己搬运石头。六百年后的今天，一项新研究揭示了当时的具体施工方式。

来自北京两所大学和美国普林斯顿大学的工程师开始思考这项作业的细节。现代工程团队进行了计算，计算出不同的拖运方法（包括一种流行的古代运输方法——滚木机）产生的摩擦力。研究人员说，他们的数据显示，在冰上滑行是一个不错的选择，工人们很可能在雪橇前面浇了水作为额外的润滑剂。

研究小组计算出，当时北京冬季的气温足以维持冰面。事实上，当时的气温非常低，单靠摩擦力无法在木制雪橇底部和冰面之间形成良好的润滑水层。然而，当时的气温刚好足够让水倒在路面上几分钟后仍保持液态。

研究人员计算得出，当时的轮式车辆无法运载超过 95 吨的重量。

现代工程师计算，加水会带来巨大变化。没有水，需要 338 人才能拉动一块重达 123 吨的石头，一份当代文献称，1557 年，人们将一块 31 英尺长的石头运到紫禁城，行程超过 43 英里。然而，有了水，只需要 46 个人就能搬动这块石头。

在水润滑的冰面上拉雪橇也比在原木上滚动更有效率。原木在地面上滚动的摩擦系数为 0.2 到 0.4。有了轨道，摩擦系数会降至 0.02 到 0.04。水和冰滑动的摩擦系数约为 0.02。总的来说，如果天气允许，滑行雪橇可能比处理原木更容易，因为修建一条光滑的冰路比修建一条光滑的木板路更容易，研究人员写道。在冰上转动负载也比在原木滚轮上操纵负载更容易。

那么，为什么不把这些东西都装在一辆大轮车上，然后找几头骡子来拉呢？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，冰路和人比骡车更可靠，而紫禁城的建筑师们担心他们最大的石头会不会安全，研究人员写道。不知道拉石头的农民是不是也有同样的感受。

该研究小组今天在美国国家科学院院刊上发表了其研究成果。