钟楼的钟声为何传得那么远？故宫排水系统为何能经受住暴雨考验？天坛的回音效果是如何形成的？9月15日起，2024年全国科普日活动暨第十四届北京科学嘉年华主场活动在北京科学中心拉开帷幕。记者14日探访时了解到，活动中的“科技中轴——北京中轴线上的科技”展通过展品和图文介绍，生动展示了中轴线上15处遗产构成元素运用的科技知识。
9月14日，北京科学中心，媒体记者参观“科技中轴——北京中轴线上的科技”展。新京报记者 薛珺 摄钟楼妙用声学原理
该展览位于北京科学中心2号楼五层，一步入展区，一个微缩版的钟楼模型就出现在眼前。钟鼓楼是北京中轴线北端的起点，在很长一段时间内，都是北京城内最高的建筑，这也是钟楼的钟声可以达到“都城内外，十有余里，莫不耸听”效果的原因之一。
“另外，钟楼楼体中还藏了一个传声的小秘密。”展览策展人、北京科学中心策展开发部宋男迪指着微缩模型说，钟楼一层和二层之间有一个6米见方的天井，钟声除了可以在二层直接向四周传播，还可以通过天井将声音传至一层。天井和一层的十字拱券四壁光滑，声波在此反射、散射、干涉，形成共鸣腔体，从而放大音量。钟楼楼体仿佛是一个天然扩音器，利用声波叠加增强干涉，实现音响效果。这与我们远距离呼喊时用手聚拢声音的原理相同。
紫禁城排水系统完整 经受住暴雨考验
每年7月下旬到8月上旬是我国华北地区降水最为集中的一段时期。强降雨易导致城市内涝，而在排水防汛问题上，故宫则展示出前人的智慧。
拥有六百多年历史的紫禁城，其排水系统一次又一次经受住了暴雨的考验。“螭龙出水”的设计，更是在保障三大殿安全的基础上，打造“千龙吐水”的壮丽景观。展览中的模型，直观展示了故宫完整的排水流程。
故宫在建造之初，就对排水系统进行了精密设计和精细施工。故宫的地面整体走势呈西北高东南低，其中北部的神武门地面比南部的午门地面高约两米，整体形成约2‰的排水坡度。以中轴线建筑为核心的宫殿建筑群又使整体地势中间略高、两边稍低，呈“熊背”式样，这一坡降为自然排水创造了有利条件。
故宫的明沟暗渠四通八达，长度超过15公里，并有涵洞、流水沟眼等，纵横交错，主次分明，全部通向总干渠内金水河。内金水河又与故宫城墙外侧的外金水河、护城河、中南海等水系相通，使雨水顺着从高到低的地势，流到明沟暗沟，再流入总干渠内金水河，然后排到紫禁城外的河道中。只要紫禁城外的河道没有满溢，紫禁城内就不会被淹。古人通过这一完整的、成体系的排水系统，解决了紫禁城的水患问题。
公众可通过模型体验古建中的力学原理
正阳门箭楼千斤闸，是力学与机械学的杰作。闸板系统、贯柱系统、滑车和贯绳系统，不仅使千斤闸坚固灵动，还在细节上体现出安全平稳运行、稳定传输动力的特征。
“我们根据史料记载复原了千斤闸的模型，大家可以清晰地看到贯柱、贯梁、贯尺和滑车，对应的就是现代物理中的力臂和定滑轮等。”宋男迪说，观众可以登上高台，通过选择不同臂距的旋转柱，提升中间的重物，体验不同长短、粗细的旋转柱所使用力量的变化，亲身感受物理书本上关于省力杠杆的相关知识。
北京古代建筑博物馆坐落于明清皇家坛庙先农坛内，是一座以收藏、研究和展示中国古代建筑历史、技艺以及先农文化的专题性博物馆。在中国古代建筑中，斗拱是不可缺少的构件之一，斗拱除了具有美化功能，还通过力学原理，解决了大面积挑空屋顶的受力难题。它既起到了承上启下、传递荷载的作用，也使建筑物出檐更加深远、造型更加优美。参观时，观众可以体验不同长度木棍对承重力量的影响，深入了解古代建筑力学原理以及斗拱之力。
新京报记者 张璐
编辑 刘梦婕 校对 吴兴发
