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金字塔的大石块是怎么搬上去的 精选

已有 8251 次阅读 2021-11-18 07:45 |个人分类:物理|系统分类:海外观察

看到有人说,埃及金字塔没啥稀奇,中国某县十万农民肩扛手挑建了个水库,土石方量比金字塔还多,中国人才是世界第一。这个比较是没搞清难度所在。挑土一次可以只挑50斤,挑上一百米高度不成问题。埃及金字塔一块石头方方正正重达十几吨,埃及人是怎么把这么大的石头弄上上百米高的高度呢?


传统的说法是,埃及人修了一个很大的斜坡,一群人用绳子楞是把石头拖上去。计算下造这个斜坡需要的工程量,已经拖拉石头需要的人力,可能拖到半路就已经上气不接下气,绳子也可能快断了。假设坡度十度,塔高100米,那坡长得有 100/sin(10度)~ 570 米,拉动10吨石头需要 10*sin(10度)~ 1.7 吨拉力。这可以说是最笨的 brute force 办法了。


前些时候在网上看到一个工程师提出了一个新颖的方案,此人还写了本书。其想法是利用水的浮力。在石块上绑上皮革气囊,然后造一个水池,让它浮上去。但这个方案似乎没有考虑一个问题,100米高的水底部压强有10个大气压。要对抗这么大的水压力而不被撑开,除非把水坑放在金字塔中间位置。 而且如果用两道活门送进石块,那活门上的压力也是巨大的。设石块最小截面是1x1 米,10个大气压,活门上的压力是 100 吨。要打开关闭这道门非常困难。


有人提出可以用齿轮、滑轮之类把石块提上去,但那时滑轮可能还没发明,且使用滑轮必须有能强度超过石块重量的绳子与架子。这在4000年前是很难做到的。


怎么办?看着埃及人4000年前建造起来的金字塔,能不能反向工程?成本低廉且操作简易。我思考了一下,觉得可以如下方案可行。


用一个跷跷板把石块跷起来,然后水平转动,送上高一级的石头台阶。如此,一级一级往上递就行了。跷跷板材料可以用比较结实的木头。支点可以用框在一线上的两个或以上的球(或者圆柱形也可以),这样跷跷板既可以上下跷动,又很方便水平方向转动。球上抹点油,起到润滑作用。这么个装置有几个人就可以操作了。就是一个装石头,跷起,转动,卸下石头的简单重复。跷上一级,甚至可以直接装到高一级的跷板上,流水线作业。这样的工作还是相当高效愉快的。示意图如下(为了更好的平衡,下面可以用两个或以上的球(或者柱体))。

seesaw-lift.jpg


如果埃及人采用这个方案,肯定很容易发现如果石头那头跷板短一点,则另一端需要放置的重物轻一点也可以跷起来。如何设置跷板及重物提高效率是一个在实践中可以不断完善的问题。应该尽量减少载荷另一端平衡物的搬动,最好是站几个人上去就能跷起,另一人水平转动跷板即可。


以我所知,以上这个金字塔石头提升法可能是目前最具可行性且成本最低、效率最高的方案了。下一步,希望能够得到考古证实。




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