滑动摩擦比滚动摩擦更安全可靠

去年夏天，李疆与清华大学摩擦学国家重点实验室副研究员陈皓生带着第一次到访中国的普林斯顿大学机械与航空工程系教授霍华德·斯通参观故宫，讨论起大石雕运输中的润滑问题。事后他们查阅文献，却未发现从现代工程科学角度进行相关分析的研究，因此他们决定一探究竟。

据李疆介绍，明代的人们在巨石运输中就已经认识到，在低速重载情况下，滑动摩擦方式比滚动摩擦方式更为安全可靠。而且，故宫巨石运输采用了冰面润滑的方式，并且通过在冰面泼水形成水膜作为润滑剂，来实现减轻阻力的目的。通过比较发现，这种运输方式比用传统的木撬、滚子及普通的冰面润滑更加省力，且更适合北京当时的环境状况。为此，研究者通过滚动与滑动的摩擦系数的对比，说明了该方法是合理的。

从理论上来说，由于冰面比木质表面更加坚固和平滑，故宫兴建者采用制造人工冰道，使作为巨石垫板的木板与冰面接触(而非古埃及以木板铺路，实现木板与木板的接触)，大大减小了摩擦力。李疆等人根据古籍记载和合理推算，从现代实验的角度，估测以同样的方式运输123吨的巨石大致需要工匠数为300人以下，因此可以推测运输300吨的巨石的人数不可能超出太多。然后，他们推算了以木板为轨道拖运123吨巨石所需的人数为354人，虽接近预期人数，但明显在运输300吨以上的九龙壁时很可能失败。进而可以推论，当时最为可行的方法是铺设冰道，在冰道上拖动巨石。这种便利方法与北京的气候环境有关，与长期处于热带的埃及相比，北京拥有使用冰的天然优势——寒冷的冬天。古籍记载，运送巨石的时间是在冬至前后，在15、16世纪时北京1月的平均气温是在零下3.7摄氏度(上下0.5度)，虽然没有天然的河流为运输提供冰道，但人们在运输过程中每半公里就会凿坑取水以保证冰道的用水。