北京中軸線上蘊含著哪些科技？記者探訪北京科學嘉年華揭秘

鍾樓的鍾聲為何傳得那麼遠？故宮排水系統為何能經受住暴雨考驗？天壇的回音效果是如何形成的？9月15日起，2024年全國科普日活動暨第十四屆北京科學嘉年華主場活動在北京科學中心拉開帷幕。記者14日探訪時瞭解到，活動中的「科技中軸——北京中軸線上的科技」展通過展品和圖文介紹，生動展示了中軸線上15處遺產構成元素運用的科技知識。

鍾樓妙用聲學原理

該展覽位於北京科學中心2號樓五層，一步入展區，一個微縮版的鍾樓模型就出現在眼前。鍾鼓樓是北京中軸線北端的起點，在很長一段時間內，都是北京城內最高的建築，這也是鍾樓的鍾聲可以達到「都城內外，十有餘里，莫不聳聽」效果的原因之一。

「另外，鍾樓樓體中還藏了一個傳聲的小秘密。」展覽策展人、北京科學中心策展開發部桑治男迪指著微縮模型說，鍾樓一層和二層之間有一個6米見方的天井，鍾聲除了可以在二層直接向四周傳播，還可以通過天井將聲音傳至一層。天井和一層的十字拱券四壁光滑，聲波在此反射、散射、干涉，形成共鳴腔體，從而放大音量。鍾樓樓體彷彿是一個天然擴音器，利用聲波疊加增強幹涉，實現音響效果。這與我們遠距離呼喊時用手聚攏聲音的原理相同。

紫禁城排水系統完整 經受住暴雨考驗

每年7月下旬到8月上旬是我國華北地區降水最為集中的一段時期。強降雨易導致城市內澇，而在排水防汛問題上，故宮則展示出前人的智慧。

擁有六百多年歷史的紫禁城，其排水系統一次又一次經受住了暴雨的考驗。「螭龍出水」的設計，更是在保障三大殿安全的基礎上，打造「千龍吐水」的壯麗景觀。展覽中的模型，直觀展示了故宮完整的排水流程。

故宮在建造之初，就對排水系統進行了精密設計和精細施工。故宮的地面整體走勢呈西北高東南低，其中北部的神武門地面比南部的午門地面高約兩米，整體形成約2‰的排水坡度。以中軸線建築為核心的宮殿建築群又使整體地勢中間略高、兩邊稍低，呈「熊背」式樣，這一坡降為自然排水創造了有利條件。

故宮的明溝暗渠四通八達，長度超過15公里，並有涵洞、流水溝眼等，縱橫交錯，主次分明，全部通向總干渠內金水河。內金水河又與故宮城牆外側的外金水河、護城河、中南海等水系相通，使雨水順著從高到低的地勢，流到明溝暗溝，再流入總干渠內金水河，然後排到紫禁城外的河道中。只要紫禁城外的河道沒有滿溢，紫禁城內就不會被淹。古人通過這一完整的、成體系的排水系統，解決了紫禁城的水患問題。

公眾可通過模型體驗古建中的力學原理

正陽門箭樓千斤閘，是力學與機械學的傑作。閘板系統、貫柱系統、滑車和貫繩系統，不僅使千斤閘堅固靈動，還在細節上體現出安全平穩運行、穩定傳輸動力的特徵。

「我們根據史料記載複原了千斤閘的模型，大家可以清晰地看到貫柱、貫梁、貫尺和滑車，對應的就是現代物理中的力臂和定滑輪等。」桑治男迪說，觀眾可以登上高台，通過選擇不同臂距的旋轉柱，提升中間的重物，體驗不同長短、粗細的旋轉柱所使用力量的變化，親身感受物理書本上關於省力槓桿的相關知識。

北京古代建築博物館坐落於明清皇家壇廟先農壇內，是一座以收藏、研究和展示中國古代建築歷史、技藝以及先農文化的專題性博物館。在中國古代建築中，斗栱是不可缺少的構件之一，斗栱除了具有美化功能，還通過力學原理，解決了大面積挑空屋頂的受力難題。它既起到了承上啟下、傳遞荷載的作用，也使建築物出簷更加深遠、造型更加優美。參觀時，觀眾可以體驗不同長度木棍對承重力量的影響，深入瞭解古代建築力學原理以及斗栱之力。

新京報記者 張璐

編輯 劉夢婕 校對 吳興發