
600多歲的故宮從未遭受嚴重水患,這是因為故宮擁有強大的排水系統。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2米,整體形成約2‰的排水坡度。故宮的明溝暗渠四通八達,長度超過15公里,并有涵洞、流水溝眼等。內金水河又與故宮城墻外側的外金水河、護城河、中南海等水系相通,使雨水順著從高到低的地勢,流到明溝暗渠,再流入總干渠內金水河,然后排到紫禁城城外的河道中。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。

每年冬至正午,一縷陽光會從天壇皇穹宇正門射入,經過地面反射,恰好照射到“皇天上帝”牌匾上,形成獨特的冬至光。這里面蘊含了光的直射和斜射、鏡面反射和漫反射的科學原理,通過縮小比例的皇穹宇和可調節的光線設備,公眾可以自行探索“皇穹光至”的秘密,揭開神奇冬至光背后的科學奧秘。

正陽門箭樓千斤閘,是力學與機械學的杰作。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穩定運行、穩定傳輸動力的特征。北京科學中心根據史料記載復原了千斤閘的模型。公眾可以登上高臺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,體會力、力臂和力矩之間的關系,親身感受物理書本上關于省力杠桿的相關知識。

景山位于中軸線的制高點,是明清兩代皇家御苑。其建筑群歷經風吹日曬,依然屹立不倒,這得益于古代匠人的智慧——“一麻五灰”地仗技藝。麻是拉接材料,當麻絲粘貼方向垂直于木紋方向時,能夠有效防裂。磚灰是地仗的主要填充料,其表面為多顆粒聚集而成,且有許多不均勻的孔隙。磚灰結殼后,可使得地仗具有良好的滲油性和耐腐蝕性。豬血以血料的方式被運用到地仗中。血料摻入灰漿可提高施工效率,并提高了灰漿的粘結性、和易性、防水性、防裂性、干燥性等。桐油以生桐油和油滿兩種方式,被科學運用到地仗中。鉆生防裂、填充磚顆粒間的空隙,起到防潮防滲作用。此外,桐油有毒性,滲入木材內部后,能阻止菌蟲生長繁殖。