Oude Egyptenaren verplaatsten stenen over nat zand

De oude Egyptenaren gebruikten een slimme truc om het transport van zware piramidestenen per slee te vergemakkelijken: ze bevochtigden het zand waarover de slee bewoog. Door de juiste hoeveelheid water te gebruiken, konden zij het vereiste aantal werklui halveren. Dat hebben natuurkundigen van de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM) en de Universiteit van Amsterdam ontdekt.

De oude Egyptenaren moesten voor de bouw van de piramides en tempels zware blokken steen en grote standbeelden door de woestijn transporteren . Ze plaatsten de zware objecten daarom op een slee, die arbeiders 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 hebben uitgewezen dat de juiste vochtigheid van het zand 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 afneemt naarmate het zand steviger wordt.

Door water aan zand toe te voegen, ontstaan er capillaire bruggen. Dit zijn kleine waterdruppels die de zandkorrels met elkaar verbinden. Als de juiste hoeveelheid water wordt toegevoegd, is nat woestijnzand ruim twee keer zo stevig als droog zand. Een slee glijdt gemakkelijker over stevig woestijnzand, simpelweg doordat er zich voor de slee geen zandhoop vormt, wat bij droog zand wel het geval is.

Djehoetihotep

De oude Egyptenaren waren waarschijnlijk op de hoogte van deze handige truc. Op een wandtekening in de tombe van Djehoetihotep (foto bovenaan) is duidelijk te zien dat een arbeider op de voorkant van zo'n transportslee staat en vlak voor de voortgetrokken slee water over het zand giet.

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, zoals bijvoorbeeld 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" en is gepubliceerd in Physical Review Letters.

In de laboratoriumopstelling is duidelijk te zien dat het droge zand (links) een bergje vormt voor de slee, terwijl dat bij het natte zand (rechts) niet het geval is.