Загадка возведения великих египетских пирамид веками волнует умы гуманитариев — историков, филологов и журналистов, — часто далёких от технического мышления. Для них это неразрешимая историческая тайна, окутанная мифами.
Однако, если ту же задачу поставить перед инженером, специализирующимся на грузоподъёмных механизмах, она мгновенно теряет ореол таинственности. Она превращается в стандартную инженерную задачу, сравнимую с курсовой работой на третьем курсе или дипломным проектом, который остаётся лишь красочно оформить в нескольких вариантах исполнения.
Даже инженер, окончивший смежную специальность, способен разработать чёткий алгоритм строительства каменной пирамиды, используя лишь технологии бронзового века. Всё упирается в грамотную организацию процессов.
Ключевая проблема: подъём груза
Итак, главный вопрос: как поднимать многотонные каменные блоки на постоянно растущую высоту строящейся пирамиды?
Классический, навязываемый школьными учебниками истории, вариант — это гигантский земляной пандус с пологим уклоном, по которому рабы или быки тащат грузы на телегах.
Этот метод крайне неэффективен с энергетической точки зрения. Помимо полезного груза, приходится поднимать на ту же высоту значительный дополнительный вес: саму телегу и тягловое животное. Коэффициент полезного действия такой системы катастрофически низок.
Следовательно, от пандусов, где движущая сила перемещается по вертикали вместе с грузом, следует отказаться сразу.
Два рациональных инженерных решения
Как избежать бесполезной траты энергии? Ответ подсказывает современная горная промышленность, будь то открытый карьер или шахта с вертикальным стволом. Есть два типовых решения:
1. Наклонный подъёмник по грани пирамиды. По боковой образующей сооружается трап с колёсной тележкой. Груз поднимается с помощью пенькового каната, наматываемого на воротковую лебёдку. Привод — мускульная сила животных или людей, которые остаются внизу (см. рис. 1.а).
2. Вертикальный лифт в центральной шахте. Внутри пирамиды организуется вертикальная шахта, по которой движется грузовая клеть. Подъём также осуществляется канатом от лебёдки с мускульным приводом, расположенной у основания (см. рис. 1.б).
Важнейший инженерный принцип: в обоих случаях грузовая платформа (тележка или клеть) должна быть уравновешена маятниковым противовесом. Это означает, что при подъёме усилия тратятся только на перемещение полезного груза, а не самой конструкции подъёмника. Именно так устроены все современные лифты, где кабина уравновешена противовесом в шахте.
Если древние египтяне знали колесо, то создание системы блоков (полиспаста) для них не представляло бы непреодолимой сложности. Подобные деревянные блоки с осями, смазанными жиром, массово использовались на парусных судах и в промышленности вплоть до XIX века. Изготовить их можно было с помощью примитивных токарных станков, аналогичных гончарному кругу.
Технико-экономическое обоснование проекта
Проведём оценочный расчёт производительности такой системы.
Одна лошадь с тяговым усилием в 50 кг и скоростью 1 м/с за 4-часовую рабочую смену может совершить работу, эквивалентную подъёму 720 000 кг на высоту 1 метр (или 720 тонно-метров).
Объём Великой пирамиды Хеопса (высота ~146 м, сторона основания ~233 м) составляет примерно 2.64 млн куб. м. При плотности песчаника 2500 кг/м³ её масса — около 6.6 миллиардов килограммов.
Центр тяжести пирамиды находится на 1/3 её высоты. Следовательно, общая работа по подъёму всего камня составит колоссальные 3.215 * 10^11 килограммо-метров.
Разделив этот объём работ на производительность одной лошади за смену, получаем, что потребуется около 446 460 лошаде-смен.
Организуя работу круглосуточно в 6 смен, с использованием 16 лошадей одновременно (например, по 4 упряжки на каждом из 4 наклонных подъёмников), можно завершить грузоподъёмные работы за 4650 дней, или примерно 13 лет.
Таким образом, команда из 96 лошадей, работающих посменно, ежедневно сможет поднимать около 1420 тонн камня на среднюю высоту стройки.
Выводы и оптимизация
С учётом времени на переустановку подъёмных механизмов по мере роста пирамиды, погрузочно-разгрузочных работ и прочих организационных простоев, реальный срок строительства может увеличиться до 20–30 лет.
Сроки можно существенно сократить, увеличив количество одновременно работающих подъёмников, особенно на нижних, широких ярусах пирамиды, где для этого есть место.
Сравнение вариантов:
Наклонный подъёмник (вариант «а») более гибок в организации работ и позволяет легко наращивать количество механизмов.
Вертикальный лифт (вариант «б») снижает потери на трение и упрощает перестановку верхних блоков при переходе на новый ярус, не требуя наращивания внешних конструкций.
Наиболее эффективным представляется комбинированное использование обеих систем, а также простейших коромысловых подъёмников (типа колодезного «журавля») для укладки нижних рядов кладки.
В итоге, задача, кажущаяся невероятной, при грамотном инженерном подходе становится сложной, но абсолютно выполнимой логистической и организационной проблемой, не требующей вмешательства внеземных цивилизаций.
Больше интересных статей здесь: История.
Источник статьи: Если бы египетскую пирамиду строили советские инженеры.