鐘樓的鐘聲為何傳得那么遠(yuǎn)？故宮排水系統(tǒng)為何能經(jīng)受住暴雨考驗(yàn)？天壇的回音效果是如何形成的？9月15日起，2024年全國(guó)科普日活動(dòng)暨第十四屆北京科學(xué)嘉年華主場(chǎng)活動(dòng)在北京科學(xué)中心拉開帷幕。記者14日探訪時(shí)了解到，活動(dòng)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(dòng)展示了中軸線上15處遺產(chǎn)構(gòu)成元素運(yùn)用的科技知識(shí)。
鐘樓妙用聲學(xué)原理
該展覽位于北京科學(xué)中心2號(hào)樓五層，一步入展區(qū)，一個(gè)微縮版的鐘樓模型就出現(xiàn)在眼前。鐘鼓樓是北京中軸線北端的起點(diǎn)，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，都是北京城內(nèi)最高的建筑，這也是鐘樓的鐘聲可以達(dá)到“都城內(nèi)外，十有余里，莫不聳聽”效果的原因之一。
“另外，鐘樓樓體中還藏了一個(gè)傳聲的小秘密?！闭褂[策展人、北京科學(xué)中心策展開發(fā)部宋男迪指著微縮模型說，鐘樓一層和二層之間有一個(gè)6米見方的天井，鐘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。鐘樓樓體仿佛是一個(gè)天然擴(kuò)音器，利用聲波疊加增強(qiáng)干涉，實(shí)現(xiàn)音響效果。這與我們遠(yuǎn)距離呼喊時(shí)用手聚攏聲音的原理相同。
紫禁城排水系統(tǒng)完整 經(jīng)受住暴雨考驗(yàn)
每年7月下旬到8月上旬是我國(guó)華北地區(qū)降水最為集中的一段時(shí)期。強(qiáng)降雨易導(dǎo)致城市內(nèi)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(tǒng)一次又一次經(jīng)受住了暴雨的考驗(yàn)。“螭龍出水”的設(shè)計(jì)，更是在保障三大殿安全的基礎(chǔ)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(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行了精密設(shè)計(jì)和精細(xì)施工。故宮的地面整體走勢(shì)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。以中軸線建筑為核心的宮殿建筑群又使整體地勢(shì)中間略高、兩邊稍低，呈“熊背”式樣，這一坡降為自然排水創(chuàng)造了有利條件。
故宮的明溝暗渠四通八達(dá)，長(zhǎng)度超過15公里，并有涵洞、流水溝眼等，縱橫交錯(cuò)，主次分明，全部通向總干渠內(nèi)金水河。內(nèi)金水河又與故宮城墻外側(cè)的外金水河、護(hù)城河、中南海等水系相通，使雨水順著從高到低的地勢(shì)，流到明溝暗溝，再流入總干渠內(nèi)金水河，然后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(nèi)就不會(huì)被淹。古人通過這一完整的、成體系的排水系統(tǒng)，解決了紫禁城的水患問題。
公眾可通過模型體驗(yàn)古建中的力學(xué)原理
正陽門箭樓千斤閘，是力學(xué)與機(jī)械學(xué)的杰作。閘板系統(tǒng)、貫柱系統(tǒng)、滑車和貫繩系統(tǒng)，不僅使千斤閘堅(jiān)固靈動(dòng)，還在細(xì)節(jié)上體現(xiàn)出安全平穩(wěn)運(yùn)行、穩(wěn)定傳輸動(dòng)力的特征。
“我們根據(jù)史料記載復(fù)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(duì)應(yīng)的就是現(xiàn)代物理中的力臂和定滑輪等。”宋男迪說，觀眾可以登上高臺(tái)，通過選擇不同臂距的旋轉(zhuǎn)柱，提升中間的重物，體驗(yàn)不同長(zhǎng)短、粗細(xì)的旋轉(zhuǎn)柱所使用力量的變化，親身感受物理書本上關(guān)于省力杠桿的相關(guān)知識(shí)。
北京古代建筑博物館坐落于明清皇家壇廟先農(nóng)壇內(nèi)，是一座以收藏、研究和展示中國(guó)古代建筑歷史、技藝以及先農(nóng)文化的專題性博物館。在中國(guó)古代建筑中，斗拱是不可缺少的構(gòu)件之一，斗拱除了具有美化功能，還通過力學(xué)原理，解決了大面積挑空屋頂?shù)氖芰﹄y題。它既起到了承上啟下、傳遞荷載的作用，也使建筑物出檐更加深遠(yuǎn)、造型更加優(yōu)美。參觀時(shí)，觀眾可以體驗(yàn)不同長(zhǎng)度木棍對(duì)承重力量的影響，深入了解古代建筑力學(xué)原理以及斗拱之力。
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