在過山車的跳躍飛馳中感悟力學之美
——記南京市金陵匯文學校過山車“小工匠”彭寅洲

□文/燕翼翔

彭寅洲從小就對過山車有天然的興趣，或許是長在外公家，看到身為修理工的外公每天修理各種車輛、調(diào)試各種機械；或許是偶然一次跟爸爸坐過山車時留下的深刻記憶；也或許是蹣跚學步時，在媽媽工作的幼兒園里玩過幾次積木搭車；還或許是……

每次在商場里停留最久的就是有過山車玩具的地方，在游樂場里玩得最多的還是過山車，總想挑戰(zhàn)最高、最險的那座，在過山車面前他是個“小勇士”。

小學二年級時，父母給彭寅洲買了一套過山車玩具，小家伙在自己的小房間里，邊看視頻說明，邊看簡易圖紙，不時地求助爸爸，花了兩個周末的時間把過山車搭建了起來。從那以后，小家伙每年都會在暑假買一套過山車玩具來自己組裝，曾因鋼珠的跳躍距離跟自己較過勁，達不到要求就自減一個生日禮物；也曾因爸爸不小心碰散了他心愛的車組，打過滾，撒過潑……

在不斷的實踐中，彭寅洲逐漸摸索出了屬于自己的經(jīng)驗，雖然年幼的他還不知道過山車搭建過程中的能量轉(zhuǎn)換及力學原理，但依然樂在其中，體會著自己的快樂和成長。

在初一升初二的物理夏令營活動中，彭寅洲依然選擇了最愛的過山車，這次夏令營給他帶來的驚喜和沖擊更大。驚喜的是，玩了近10種過山車，全程參與了活動構(gòu)思、挑選、軌道設(shè)計、安裝等，“嗨”了個夠。沖擊的是，過山車居然涉及這么豐富的物理學知識，每次的調(diào)試實質(zhì)上是改變鋼珠的物理運動特性。鋼珠通過軌道下落是因為勢能轉(zhuǎn)化為了動能，軌道高程差決定勢能大小，也就決定了運動速度；軌道角度的變化改變鋼珠各個方向受力面的受力大小，達到改變鋼珠運動方向的目的；通過改變軌道高程差和長度，可以控制鋼珠的運動時間；鋼珠的慣性，使它可以做回環(huán)運動……聽了老師從物理學角度的分析講解，他興奮地說：“原來只是覺得好玩，享受調(diào)試的樂趣，沒想到其中還蘊含這么多的物理原理，真是豁然開朗啊?！边@次夏令營讓他對過山車有了新的認識，感受到了力學之美，更體會到了科學的神奇與樂趣。

2019年9月，剛進入初二的彭寅洲就報名參加了學校的過山車興趣小組。當年11月，挑戰(zhàn)來了，學校組織部分興趣小組參加江蘇省青少年科技系列競賽，彭寅洲得知后，迅速在興趣小組里動員了兩個初一的學弟，組成小組向?qū)W校報了名。

過山車的整個拼搭過程很不容易。比賽所要求的回環(huán)與跳躍就是一個難題，速度一快，鋼珠就很容易直接飛出軌道。為了解決這個問題，他們增加了護欄的設(shè)計，有效地防止了鋼珠的沖出。同時，鋼珠在轉(zhuǎn)彎時也很容易失控，彭寅洲就用兩根桿子連接柱子以及軌道，以此來彎曲軌道，達到改變鋼珠運動方向的目的。

經(jīng)過幾十次調(diào)試，終于成功了，過山車可以暢通無阻地運行，但后續(xù)的時間調(diào)節(jié)控制是最困難的。此次比賽的要求是14秒。精準的時間把控能力才是過山車競賽的制勝之道。由于重力的影響，過山車在陡坡行進時所耗費的時間是大抵不變的，所以時間的調(diào)控全在緩坡行進環(huán)節(jié)。調(diào)試時間快到了，經(jīng)過精密測算和不斷調(diào)整，誤差終于控制在0.5秒以內(nèi)。

隨著比賽規(guī)定的2小時調(diào)試時間結(jié)束，正式比賽拉開帷幕。開始，感應(yīng)計時器計時；過計時器，14秒！彭寅洲小組卡點完成，取得了滿分，獲得一等獎。

通過這次過山車比賽，彭寅洲對自己這幾年“過山車玩家”經(jīng)歷進行了總結(jié)，同時也收獲了團隊合作的樂趣和友誼。