文／郭詠澧

巴拿馬運河是連結太平洋及大西洋的通道，因為兩個洋面的水位不等高，船隻往來兩洋時，需要靠著運河裡的船閘升降水位，船隻才能順利航行。船閘裡兩扇厚重的大閘門開啟與閉合，是控制船隻繼續通行的關鍵，而這兩扇閘門是採用了500年前義大利文藝復興時期，著名畫家達文西發明的「斜接鎖設計」而成。達文西是不可多得的天才，是位博學家，不只是繪畫音樂、天文地理、數學物理、土木建築等領域，都有顯著的成就，他的科學理念與藝術結合，對後代更產生了重大影響。當今世界上大多數運河的閘門，仍然沿用他的斜接鎖設計。

天才原理 利用水壓

達文西對河流閘門的斜接鎖設計，是運用水流壓力的原理。在河流兩岸邊上各裝置一片門，這兩片門推進河流中形成V字型排列的扇形，稱作「閘門」，閘門邊裝置鉸鏈固定在河岸邊上。河中湍急的水流，會使門推向前方而自動關閉，兩扇門的傾斜面在閉合時，因為不停止的水流造成壓力，因而進行緊密的貼合，此時水流持續不斷湧進流動，閘門內的水位逐漸上升，閘門內的壓力也持續上升，使閘門邊緣互相擠壓，兩扇門最終達到完全封閉的狀態，此時閉合沒有縫隙，也就沒有漏水的問題了。達文西同時也提出一個解決兩扇門與河床面縫隙漏水的方式：在閘門的下方，砌一個V字型結構的台階，當V字型閘門關閉後，會和V字型台階相吻合，這樣就解決了水底漏水的問題了。

閘門開合 自動推力

打開閘門也是運用水壓的原理。在河兩岸邊上各裝置一截平衡梁，連接到閘門上方，並在閘門下方設計洩水口，若要將閘門打開時，只需把洩水口開放，讓水流出去，閘門內的水位慢慢地下降，水壓也慢慢地降低，此時利用平衡梁少許推力，就可將閘門輕鬆打開。船隻要通行時，需將閘門呈90度完全打開，閘門與河岸邊呈平行，此舉是避免閘門因水流作用會帶回自動關閉的可能。

美國工程師自法國人接手建造巴拿馬運河的閘門時，有兩大耀眼的設計。第一項是工程師將兩扇閘門內部採用了中空結構，此種中空結構讓河水滲入閘門中，產生了浮力，不但減少閘門本身重量，也減少閘門閉合時在鉸鏈上的壓力，閘門與河岸接合處的鉸鏈，具有支撐整扇閘門重量的功能，此項中空結構的設計，減少了鉸鏈故障率，也延長鉸鏈承載閘門功用的壽命。另外工程師們將兩扇閘門的形狀設計成弧形，閘門兩端邊緣比起中圍較細窄，當兩門施加壓力相當時，壓力在兩端較狹窄邊緣處的壓力也會相對增加，此種弧狀閘門的設計使閘門邊緣，可運用更佳適宜的壓縮材料來操作閘門閉合，充分發揮了閘門操控與保養的高效率。

有一天，我們若有機會去參觀巴拿馬運河時，不要忘記，該運河為了方便操作，船閘內兩扇巨大的閘門，是採用了文藝復興時期，發明天才達文西的斜接鎖設計，工程師們把它發揚光大，造福了全世界。