30 april 2014
Oude Egyptenaren transporteerden piramidestenen over nat zand
Natuurkundigen van Stichting FOM en de Universiteit van Amsterdam hebben ontdekt dat de oude Egyptenaren een slimme truc gebruikten om het transport van zware piramidestenen per slee te vergemakkelijken. De Egyptenaren bevochtigden het zand waarover de slee bewoog. Door de juiste hoeveelheid water te gebruiken, konden zij het vereiste aantal werklui halveren. De onderzoekers publiceerden deze vondst op 29 april 2014 online in Physical Review Letters.
Afbeelding 1. De opstelling in het lab
Er ontstaat een flinke hoop zand voor de slee wanneer de slee over droog zand wordt getrokken (links). Op nat zand (rechts) gebeurt dit niet.
Afbeelding 2. Wandtekening uit de tombe van Djehoetihotep
Een groot standbeeld wordt per slee vervoerd. Voorop de slee staat een persoon die de ondergrond bevochtigt.
Bron: Al-Ahram Weekly, 5-11 augustus 2004, issue 702
De oude Egyptenaren moesten voor de bouw van de piramides zware blokken steen en grote standbeelden door de woestijn transporteren. De Egyptenaren plaatsten de zware objecten daarom op een slee, die werklui over het zand trokken. Uit het onderzoek aan de Universiteit van Amsterdam is nu gebleken dat de oude Egyptenaren het woestijnzand voor de slee waarschijnlijk nat maakten. Experimenten wezen uit dat de juiste zandvochtigheid de vereiste trekkracht halveert.
Stevig zand
De fysici plaatsten een laboratoriumversie van de Egyptische slee in een bak met zand. Zij bepaalden zowel de vereiste trekkracht als de stevigheid van het zand als functie van de hoeveelheid water in het zand. Om de stevigheid te bepalen gebruikten zij een rheometer, die toont hoeveel kracht nodig is om een bepaald volume zand te vervormen.
Uit de experimenten blijkt dat de vereiste trekkracht evenredig afneemt met de stevigheid van het zand. Door water aan zand toe te voegen, ontstaan er capillaire bruggen. Dit zijn kleine waterdruppels die de zandkorrels met elkaar verbinden. In de aanwezigheid van de juiste hoeveelheid water is nat woestijnzand ruim twee keer zo stevig als droog zand. Een slee glijdt gemakkelijker over stevig woestijnzand, simpelweg doordat er voor de slee geen zandhoop vormt zoals dat bij droog zand het geval is.
Wandtekening
De oude Egyptenaren waren waarschijnlijk op de hoogte van deze handige truc. Op een wandtekening in de tombe van Djehoetihotep is duidelijk te zien dat één persoon op de voorkant van zo’n transportslee staat. De figuur giet vlak voor de getrokken slee water over het zand.
De resultaten onthullen niet alleen wat over de oude Egyptenaren, maar zijn ook interessant voor hedendaagse toepassingen. Het gedrag van granulaire (korrelige) materie, zoals zand, is nog niet volledig begrepen. Granulaire materie komt echter overal voor, denk bijvoorbeeld ook aan asfalt, beton en kolen. De onderzoeksresultaten kunnen dus nuttig zijn voor het optimaliseren van het transport en de bewerking van granulaire materie, wat momenteel ongeveer tien procent van de wereldwijde energie verbruikt.
Het onderzoek is gedaan onder leiding van FOM-groepsleider prof.dr. Daniel Bonn. Het werk maakt deel uit van het FOM-programma ‘Fundamental aspects of friction‘.
Referentie
Sliding friction on wet and dry sand, Phys. Rev. Lett., 29 april 2014
