在过山车的跳跃飞驰中感悟力学之美——记南京市金陵汇文学校过山车“小工匠”彭寅洲

□文/燕翼翔

彭寅洲从小就对过山车有天然的兴趣，或许是长在外公家，看到身为修理工的外公每天修理各种车辆、调试各种机械；或许是偶然一次跟爸爸坐过山车时留下的深刻记忆；也或许是蹒跚学步时，在妈妈工作的幼儿园里玩过几次积木搭车；还或许是……

每次在商场里停留最久的就是有过山车玩具的地方，在游乐场里玩得最多的还是过山车，总想挑战最高、最险的那座，在过山车面前他是个“小勇士”。

小学二年级时，父母给彭寅洲买了一套过山车玩具，小家伙在自己的小房间里，边看视频说明，边看简易图纸，不时地求助爸爸，花了两个周末的时间把过山车搭建了起来。从那以后，小家伙每年都会在暑假买一套过山车玩具来自己组装，曾因钢珠的跳跃距离跟自己较过劲，达不到要求就自减一个生日礼物；也曾因爸爸不小心碰散了他心爱的车组，打过滚，撒过泼……

在不断的实践中，彭寅洲逐渐摸索出了属于自己的经验，虽然年幼的他还不知道过山车搭建过程中的能量转换及力学原理，但依然乐在其中，体会着自己的快乐和成长。

在初一升初二的物理夏令营活动中，彭寅洲依然选择了最爱的过山车，这次夏令营给他带来的惊喜和冲击更大。惊喜的是，玩了近10种过山车，全程参与了活动构思、挑选、轨道设计、安装等，“嗨”了个够。冲击的是，过山车居然涉及这么丰富的物理学知识，每次的调试实质上是改变钢珠的物理运动特性。钢珠通过轨道下落是因为势能转化为了动能，轨道高程差决定势能大小，也就决定了运动速度；轨道角度的变化改变钢珠各个方向受力面的受力大小，达到改变钢珠运动方向的目的；通过改变轨道高程差和长度，可以控制钢珠的运动时间；钢珠的惯性，使它可以做回环运动……听了老师从物理学角度的分析讲解，他兴奋地说：“原来只是觉得好玩，享受调试的乐趣，没想到其中还蕴含这么多的物理原理，真是豁然开朗啊。”这次夏令营让他对过山车有了新的认识，感受到了力学之美，更体会到了科学的神奇与乐趣。

2019年9月，刚进入初二的彭寅洲就报名参加了学校的过山车兴趣小组。当年11月，挑战来了，学校组织部分兴趣小组参加江苏省青少年科技系列竞赛，彭寅洲得知后，迅速在兴趣小组里动员了两个初一的学弟，组成小组向学校报了名。

过山车的整个拼搭过程很不容易。比赛所要求的回环与跳跃就是一个难题，速度一快，钢珠就很容易直接飞出轨道。为了解决这个问题，他们增加了护栏的设计，有效地防止了钢珠的冲出。同时，钢珠在转弯时也很容易失控，彭寅洲就用两根杆子连接柱子以及轨道，以此来弯曲轨道，达到改变钢珠运动方向的目的。

经过几十次调试，终于成功了，过山车可以畅通无阻地运行，但后续的时间调节控制是最困难的。此次比赛的要求是14秒。精准的时间把控能力才是过山车竞赛的制胜之道。由于重力的影响，过山车在陡坡行进时所耗费的时间是大抵不变的，所以时间的调控全在缓坡行进环节。调试时间快到了，经过精密测算和不断调整，误差终于控制在0.5秒以内。

随着比赛规定的2小时调试时间结束，正式比赛拉开帷幕。开始，感应计时器计时；过计时器，14秒！彭寅洲小组卡点完成，取得了满分，获得一等奖。

通过这次过山车比赛，彭寅洲对自己这几年“过山车玩家”经历进行了总结，同时也收获了团队合作的乐趣和友谊。