9月14日,温州科技馆“好科学”青少年研学活动——秋季科探营,在“奔跑中的风火轮”的精品探究课中热烈启幕。
本期研学任务,是让两个看似普通的轮子在不借助牵引力的情况下实现自主奔跑。活动一开始,大家首先迎来破冰挑战:如何将装有水的塑料瓶从底部向上甩出,旋转360°后稳稳立住?孩子们跃跃欲试,却发现并不简单——第一轮尝试,没有一人成功。很快,有细心的同学发现了关键:瓶中的水量直接影响挑战结果。只有水量适中,才能在旋转360度后,更加平稳地站立在地面上。
这究竟是为什么?通过仔细观察展品的结构和组件,比对锥体与轨道的互动关系,同学们最终恍然大悟:原来是重心在“暗中操作”。该展品的轨道呈V型开口,当锥体处于低处时,其重心其实在“上滚过程中逐渐下降,这看次不合理的现象实际上完全符合重力原理,形成看似反常却是科学严谨的运动现象。
对于圆形、三角形这类规则形状,我们很容易找到重心,但不规则物体的重心该如何确定?老师发起了第二项挑战——请同学们帮一些形状不规则木片找到重心。在“悬挂法”的提示下,大家尝试在不同位置悬挂木片,划线记号,最终找到了这些物体的重心,完成了挑战。
随后老师将重心引导到现实问题中,比较重心较高的越野车和重心较低的轿车在高速运动时,如果碰到障碍物,哪种车更容易出现问题。同学们借助特制的探究实验工具,一辆可改变重心位置的小车,分别实验高重心和低重心车辆在遇到障碍物时产生的现象,得出低重心的轿车在穿越障碍时会更加稳定的结论。
完成了这一系列的探究后,同学们迎来了终极挑战:揭秘“风火轮”奔跑机制,并亲手制作一台自己的风火轮。已经对重心这一科学概念有所了解的同学们通过观察轮轴与动力模块的运动关系开展小组讨论,并得出共识:只有当动力模块的重心与轮轴处于特定相对位置时,才能实现持续圆周运动,从而驱动轮子不断前进,实现“风火轮”的奔跑。“小小工程师”们迅速投入实践:清点零件、选择工具、规划流程、动手组装。大家为风火轮设计坚固外壳、配置动力与能源系统,不断调试优化——有的车跑偏了,有的无法前进,同学们学着以工程师的思维解决问题,在一次次失败与修正中,找到最优解法,最终收获了成功的喜悦,制作成功了属于自己的“风火轮”。