aldanov (aldanov) wrote,
aldanov
aldanov

Categories:

Египтяне Древнего и Среднего царства: сделанное ими полезное физическое открытие.

Репродукция египетской настенной фрески 1880 г. до н.э. Оригинал находится в могиле Джехутихотепа (Djehoetihotep), который был губернатором провинции Верхнего Египта. Она показывает огромную статую, перемещаемую на санях. Рабочий стоящий на передней части саней, по-видимому, льет воду на песок. Christian Wagner/Physical Review Letters

Физики из Саарского университета и их коллеги проверили, действительно ли египтяне открыли эффект уменьшение трения при перевозке тяжелых саней по увлажняемому песку.

A. Fall, B. Weber, M. Pakpour, N. Lenoir, N. Shahidzadeh, J. Fiscina, C. Wagner, and D. Bonn Sliding Friction on Wet and Dry Sand Phys. Rev. Lett. 112, 175502 – Published 29 April 2014 http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.112.175502

Авторское резюме:

Мы показали  экспериментально, что трения скольжения на песке значительно снижается при добавлении некоторого, но не слишком большого количества воды. Формирование мостиков капиллярных вод увеличивает модуль сдвига песка, который облегчает скольжение. Слишком большое количество воды,  с другой стороны, приводит к тому, что  капиллярные мостики сливаются, что приводит к снижению модуля; в этом случае мы видим, что коэффициент трения вновь возрастает. Наши результаты, таким образом, показывают, что коэффициент трения непосредственно связан с модулем сдвига; это имеет важные последствия для транспорта сыпучих материалов. Кроме того, показано, что полидисперсность песка также имеет большой эффект на коэффициент трения.

Приведу один рисунок из работы (остальные можно увидеть, пойдя по ссылке)

PW-2014-05-06-Johnston-sand.jpg
Экспериментальная установка и измерение кривых прилагаемая сила-смещение для сырогои сухого иранского песка.


И приведу несколько более расширенное описание результатов работы с физического сайта http://physicsworld.com

http://physicsworld.com/cws/article/news/2014/may/06/did-slippery-sand-help-egyptians-build-the-pyramids

Рабочие, строившие колоссальные памятники Древнего Египта добавляли, возможно, воду в песок пустыни, чтобы сделать легче перевозку гигантских саней. Это заключение международной команды физиков, изучавшей взаимосвязь между трением и содержания воды в ряде различных типов песка. Исследования показали, что тип песка, который нашли в египетской пустыне, становится особенно скользким, когда увлажняется -  что, возможно, сделало  намного более легким передвижение огромных блоков, которые были использованы для постройки пирамид.

Смазка или ритуал?

Исследование было проведено  Кристианом Вагнером и его коллегами из  Университета Саара в Германии, а также  исследователями из Нидерландов, Ирана и Франции. Группа ученых вдохновлялось древней египетской фреской, показывающая огромную статую транспортируемую по песку на санях в 1800 году до нашей эры. Детали картины уже давно вызывали недоумение египтологов: рабочий, который льет  воду на песок перед санями, а другие, кажется, носят воду, чтобы пополнить ее запас.
В то время, как некоторые историки считали, что акт поливания жидкостью может быть своего рода ритуалом, Вагнер и его коллеги подумали, что это могло быть  практической процедурой для уменьшения трения между санями и песком. Эта мысль была вдохновлена ​​работой, проделанной в 2007 году Вагнером вместе со своим  коллегой Хорхе Фисциной, которая показала, что только небольшое количество воды действует как смазка, уменьшающая трение в песке, который протолкивают через трубку ("Мокрый песок течет лучше, чем сухой)

Бетоноподобная поверхность

Чтобы проверить свою новую теорию, Вагнер, Фисцина и коллеги измеряли сопротивление, испытываемое санями, которые тащат через различные типы песка. Сани в эксперименте была сделаны из ПВХ, размером 11 × 7,5 см и имели закругленные края, чтобы имитировать  древние аналоги. На сани помещалась тяжелая гиря, так, чтобы оказать давление на песок с силой около 250 кг / м2, такого же порядка, как на   загруженных египетских санях. Сани снабжали динамометром, который измерял усилие, необходимое для перемещения саней, что  позволяло  рассчитать коэффициент динамического трения. В то же время исследователи ожидали, что добавление воды действительно уменьшит трение, этого не было, потому что вода позволила песку течь более свободно - и на самом деле,  был противоположный эффект.

Команда быстро поняла, что песок, который накапливается в передней части саней был одной из основных причин трения. Когда песок сухой или слегка увлаженен, зерна песка  легко собираются в   в кучу, что затрудняет перемещение. Когда  больше воды добавляется к песку, зерна начинают слипаться и в конечном итоге образуют жесткую, как бетон,  поверхность, по которой сани могут скользить  гораздо легче, чем по сухому песку. Это слипание зернен наблюдалось также в исследовании Вагнера 2007 года, где она затрудняла течение  песка.
В случае одного типа тестируемого песка , коэффициент динамического трения уменьшался почти вдвое, когда содержание воды в песке достигало примерно 5%. Этот песок похож на найденный в Египте, и предполагается, что смачивания песка было бы благом для строителей древних памятников. Результаты также показывают, что строителям пирамиды повезло и с другой стороны. Египетский песок "полидисперсный", что означает, что он содержит зерна различных размеров. Когда Вагнер и его коллеги использовали песок, в котором большинство зерен были определенного размера, то падение трения был значительно меньше, чем оказываетсядля египетского  песка.
Это происходит, вероятно, благодарятому, что варьирующие  размеры зерен в полидисперсном песке позволяют упаковать его более плотно, чем песок, где большинство зерна имеют одинаковый размер.
Больше воды не помогает.
Еще один важный вывод работы, что содержания воды более 5%, трение увеличилось. В некоторых случаях трение на песке с 10% -ным содержанием воды фактически превысило значение, измеренное для сухого песка. Вагнер сказал physicsworld.com, что причина этого увеличения неясна, потому что исследователи не видели, чтобы куча мокрого песка накапливалась в передней части саней. Вместо этого, он предполагает, что влажный песок мягче, и поэтому сани погружаются в него. "Может быть, это немного похоже на разницу между скольжением по бетону и скольжением на резине", говорит Вагнер.
"В любом случае, это то, что мы должны исследовать в будущих исследованиях."



Короче говоря, получается, что египтяне нашли оптимальный режим увлажения песка и использовали его для транспортировки тяжелых блоков для пирамид.
 
Tags: Египет, Технологическая цивилизация
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 1 comment