摩擦物理学により、100トン以上の石を中国の故宮に運んだ経緯が明らかに

記録によれば、15世紀の中国では、紫禁城を建設するために労働者が採石場から43マイル離れた場所まで100トン以上の石材を人工の道を通って運んだという。

労働者たちは、真冬に氷の道を作るために水を注ぐため、半キロごとに井戸を掘りました。そして、石を自分たちで運びました。600年後の今、新たな研究により、それがどのように機能したかが明らかになりました。

北京の2つの大学と米国プリンストン大学のエンジニアたちは、この作業の詳細について疑問に思った。現代のエンジニアリングチームは計算を行い、古代の一般的な輸送手段である丸太ローラーを含むさまざまな運搬方法によってどれだけの摩擦が生じるかを計算した。その数値は、氷の上を滑らせるのがよい選択であったことを示し、作業員は潤滑剤としてそりの前に水をかけた可能性が高いと研究者らは述べている。

研究チームは、当時の北京の冬の気温は氷の道路を維持するのに十分寒かったと計算した。実際、非常に寒かったため、摩擦だけでは木製のそりの底と氷の道路の表面の間に潤滑効果のある水の層を作ることはできなかった。しかし、道路に注いだ水が数分間液体のままでいられるほどには暖かかった。

研究者らの計算によると、当時の車輪付き車両は95トン以上の重量物を運ぶことはできなかっただろう。

現代の技術者の計算によると、水を加えると大きな違いが生じただろう。水がなければ、重さ123トンの石を引っ張るのに338人の人手が必要だった。当時の文書によると、1557年に男性が紫禁城まで43マイル以上運んだ長さ31フィートの石の重さだ。しかし、水があれば、岩を動かすのに必要なのは46人だけだった。

また、水で潤滑した氷の上でソリを引くことは、丸太の上を転がすよりも効率的かもしれない。地面に沿って転がる丸太の摩擦係数は 0.2 ～ 0.4 である。レールがあれば、摩擦係数は 0.02 ～ 0.04 に下がる。水と氷の滑りの摩擦係数は約 0.02 である。全体として、天候が良ければ、丸太を扱うよりもソリを滑らせる方が簡単かもしれない。滑らかな木の板の道よりも滑らかな氷の道を作る方が簡単だからだと研究者らは書いている。また、丸太ローラーで荷物を転がすよりも、氷の上で荷物を回転させる方が簡単だ。

では、なぜこれらすべての物を大きな車輪付きの荷車に積み、ラバに引かせなかったのだろうか？ 研究者らの計算によると、当時の車輪付きの乗り物は 95 トン以上の重量を運ぶことはできなかった。さらに、ラバの荷車よりも氷の道と人力の方が頼りになり、紫禁城の建築家たちは最大の石材を安全に保管することに気を配っていたと研究者らは書いている。石材を引いていた農民たちも同じ気持ちだったのだろうか。

研究チームは本日、その研究結果を米国科学アカデミー紀要に発表した。