Door zand eerst nat te maken, halveert de vereiste trekkracht. De Oude Egyptenaren gebruikten dit trucje om piramidestenen te vervoeren. Dat ontdekten natuurkundigen van Stichting FOM en de Universiteit van Amsterdam.
De Oude Egyptenaren transporteerden gigantische blokken steen door de woestijn om indrukwekkende bouwwerken, zoals de piramides, te maken. Onderzoekers vragen zich al jaren af hoe de werklui hier duizenden jaren geleden toe in staat waren “Eerst maakten ze het woestijnzand nat en sleepten er vervolgens een slee overheen met grote stenen erop. Onze experimenten laten zien dat de trekkracht dan halveert”, zegt hoogleraar natuurkunde Daniel Bonn (UvA).
Hij wijst op een wandtekening van 1800 voor Christus uit de tombe van de lokale Egyptische gouverneur Djehoetihotep. Daarop staat onder meer iemand die water giet op het zand voor de slee, waarop een groot beeld wordt vervoerd. “De Oude Egyptenaren kenden dit soort handige trucjes, omdat het zoveel werk scheelt”, zegt hij.
Korrelgrote
De onderzoekers deden in een laboratorium een schaalexperiment. Ze sleepten een sleetje met verschillende gewichten er op over het zand en deden op die manier de ontdekking. “We kwamen er ook achter dat de slee moeilijker vooruit kwam over zand met dezelfde korrelgrote. Bij zand met verschillende korrelgroottes ging het juist eenvoudiger. Egypte heeft dat type zand en dit werkte dus in het voordeel van de werklui.”
Hoe komt het dat de benodigde trekkracht afneemt als het zand nat is? Door de toevoeging van water ontstaan zogeheten capillaire bruggen. “Dat zijn zeer kleine waterbruggetjes die ervoor zorgen dat de korrels aan elkaar kleven en hard worden. Bij droog zand en modder zijn ze er niet.”
Bonn benadrukt dat het onderzoek naar de Oude Egyptenaren ook tegenwoordig nog veel kan opleveren. Bijvoorbeeld bij gebruik van korrelige materie, zoals zand, asfalt, beton en kolen. “Het transport daarvan is verantwoordelijk voor tien procent van de wereld energie consumptie.”
Noord-Zuidlijn
Als voorbeeld noemt de natuurkundige de aanleg van de Noord-Zuidlijn. Ook daar werd korrelige materie in (cement) en uit (modder) de tunnel getransporteerd. “Wij hebben onderzoek gedaan naar hoe zand precies door een buis gaat. Daaruit kwam naar voren dat het minder energie kost om een beetje nat zand naar buiten te halen. Dat verwacht je misschien niet, omdat het harder wordt. Maar juist daardoor is het eenvoudiger te vervoeren door een buis en dat scheelt de helft aan energie.”
Piramidestenen konden veel makkelijker vervoerd worden over nat zand.
Ricardo Liberato via CC BY-SA 2.0In vervolgonderzoek wil Bonn nog specifieker kijken naar frictie, de weerstand die ontstaat als twee onderdelen langs elkaar gaan. “Frictie begrijpen we nog niet goed. Maar het is verantwoordelijk voor dertig procent van de energie consumptie. Door ons onderzoek naar de Oude Egyptenaren denken we dat het zachtste materiaal de frictiekracht bepaalt en het frictieoppervlak vergroot. Als dat waar is begrijpen we niet alleen beter hoe het werkt. Maar kunnen we ook producten beter ontwerpen die in contact komen met andere voorwerpen. Denk bijvoorbeeld aan antiaanbakpannen en sterkere autobanden.”