有趣的物理算法:需要多少人才能建成一座金字塔?(金字塔的工程
建造金字塔不会超过七千人
古埃及吉萨大金字塔始建于4600多年前,至今,其仍被完整地保留着,正多边形多面体结构,容积达260万立方米,原始高度146.6米,因历史悠久,现在,我们也许永远也不能准确地了解这座金字塔的结构,但是即使是这样,也能分析其施工所需的人力数量。
建造金字塔需要
20
年
首先要想到建金字塔需要20年左右,这就是命令修建吉萨大金字塔胡夫法老在位期间的时间。其次,我们要考虑的是修建这座金字塔需要花费多少钱。胡夫法老死于公元前2530年左右,吉萨金字塔修建后,希腊历史学家希罗多德描述称,吉萨金字塔总共使用劳工10万人,每年工作三个月,20年间,金字塔的修建竣工。
金字塔所需要的能
金字塔势能表示物体上升到地面之上所需要的能,由于塔高与物质重心之间有一个距离,因此这个距离被称为金字塔势能值。金字塔究竟有多重,很难判断,取决修建金字塔所用图拉石灰岩及砂浆之精确密度,我们假定金字塔的实体建筑的平均重量是2.6吨/立方米,需要的能量约2.4万亿焦耳。
金字塔所需要的人力
维持机体基本代谢率时,每一个70公斤重的成年人,每天所需能量约为7.5兆焦耳,若在日常高强度的工作中,身体需要的能量会增加30%,其中约20%能量增量会被转换为工作效能,也就是说,每天要产生450千焦的能量。用450千焦除以吉萨金字塔总势能,意味着要有一天530万人参加金字塔的修建,如一年工作时间为300天,这就意味着,每年要近1.8万人口,若建金字塔则需20年,然后每年只需900人。
与此同时,还要求某些劳工承担起操纵起吊装置运送石块到高处的任务,和负责对石块进行平滑处理。此外,还需在工地附近建立一个临时加工中心。以达到20年内切割260万立方米岩石的目的,这项工程需要1500名采石工人,年工作300天,人均日产0.25立方米建筑石料。
建金字塔的总数大概有3300多人,另外还有:设计师,组织者,监督员,运输员等、工具维修员,建筑及工地住房维护者、做饭洗衣需要劳动力,等等,但是,参加金字塔工程的人员总数仍然不超过7000。