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华体会网页登陆:探秘实验室第十期:玩转摩擦力把物理知识“穿”在脚上
发表时间:2025-12-08 23:15:36 来源:华体会网页登陆
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11月26日,由泉州市科协主办、市科技馆与晋江市科协承办的第十场“探秘实验室”活动,在三六一度(中国)创新研发中心如期开展。活动中,泉州市培元中学高一(6)班师生以运动鞋为探究核心,在研发中心、专业测试场和企业展厅之间穿梭,用项目式学习完成了一场融合高中物理课标知识、多元实验、产品设计与市场运营的跨界实践,践行“学以致用”的新课程理念。
三六一度(中国)创新研发中心作为国家级工业设计中心,涵盖运动装备人因工效学研究中心、功能性运动装备研发中心、鞋技术中心、服技术中心及物理化学检测中心等五大核心部门,配备人体运动学测量与分析系统、足底应力分析系统、三维足型扫描仪等先进研发设备,并拥有强力机、静电衰减测试仪等检验测试仪器,可在恒温恒湿实验室中完成鞋子的多项精密测试。这些高端的设备为这场实践提供了硬核支撑。
步入展厅,各种款式的鞋子让同学们目不暇接。从搭载碳纤维板、专为专业运动员定制的竞速跑鞋,到采用轻量化材质、贴合日常出行需求的通勤休闲鞋,从配备防滑大底、适配复杂地形的户外越野鞋,再到色彩明快、兼顾舒适与颜值的校园百搭款运动鞋,各种类型的产品按功能场景清晰分区,科技感与设计感扑面而来。
“一双鞋是如何从图纸走到你们脚上的?”讲解员的提问开启了探索之旅。她详细拆解了运动鞋的全生命周期:研发团队先结合不同运动的发力特点与人体工学原理敲定设计的具体方案,接着经过选材、打样、多轮测试反复打磨,随后进入生产流水线批量制造,最终通过线下门店上架陈列、线上网店精准推荐、直播带货实时互动等多元渠道,精准触达每一位消费者。
泉州市培元中学的王婕涵同学和记者说,此前,同学们已在物理课上学习了摩擦力知识,并调研了市场产品。但当走进企业,见证抽象的理论与鲜活的市场的连接,特别是联名款的销售策略,让不少同学还是纷纷感慨,原来一款产品的诞生,是科技与市场的“双向奔赴”。
在研发区,研创中心高级经理谢博士以常见的篮球鞋为例,引导学生近距离观察鞋底花纹与运动场景的深度关联。“你们知道篮球鞋纹路为什么多是波浪形吗?因为篮球运动员需要多方向急停变向。”谢博士告诉同学们,影响鞋底摩擦力的因素主要有外底材质、纹路形态和硬度等核心指标,比如橡胶材质的基础摩擦系数高于EVA材质,折线纹的整体防滑效果会比纵纹更均衡。
“摩擦力是越大越好吗?”面对同学的疑问,谢博士笑着说,“并非如此,鞋底摩擦力的设计要‘因地制宜’。”他进一步解释,跑鞋、健步鞋以单方向挪动为主,因此纹路多为横向沟槽,既能保证前后移动时的纵向摩擦力,又能减少迈步时的阻力;而越野鞋则会采用更深、更粗的块状纹路,像“小爪子”一样牢牢抓住砂石、泥泞路面,防止打滑。
“就像我们穿的鞋子,雨天要选鞋底纹路深的,不然容易在积水路面滑倒;晴天穿浅纹鞋就足够,还更轻便。”泉州市培元中学物理老师陈苇娜适时介入,用生活中常见的场景作比喻,将复杂的物理原理转化为易懂的常识,帮助学生强化摩擦力等核心概念,让工程实践与课本知识精准链接、相互印证。
“我们会根据不同场地的特点设计测试方案。”研创中心高级经理潘博士指着篮球场上的测试装置介绍。在篮球鞋的测试中,除了检测水平方向的摩擦力外,还会通过三维测力台同步采集运动员急停、起跳时地面产生的三维反作用力。
一旁的高速数字摄像机,它的最高采样率可达300000帧/秒,相当于将1秒拉长到3.5小时慢放。潘博士告诉同学们,通过它能清楚地观察到人体在进行高冲击运动时,肌肉的震动情况及鞋底和鞋面结构的变化情况。
随后,同学们分成6个小组,开启了实验环节。每组先挑选不一样的鞋子,再选取模拟水泥地、木地板、塑胶田径运动跑道的测试面,用电子测力计匀速拖动鞋子,测出滑动摩擦力。一旁的“放大版”实验设备格外吸睛,不少同学踊跃体验:设备通过增加杠铃片达到真人体重,借助绞盘调节牵引速度,模拟步行或跑步等不同状态,从而评估整鞋的防滑性能。
杨伟桢同学一边记录数据,一边和组员讨论:“知道了影响滑动摩擦力的因素,就能依据需求调整设计,比如想增强防滑性,就可以选橡胶材质、加深纹路。”在他看来,从展厅的原理讲解到实验室的亲手操作,原本抽象的物理知识变得鲜活可感,实际做到了学以致用。
“这样的沉浸式学习,推动学生从‘被动接受’向‘主动设计’转变,有效激发了探究热情。”泉州市培元中学物理老师颜少芬和记者说,学校将延续活动成果,组织学生开展鞋底设计创意实践,让大家结合实验数据,完成一款防滑跑鞋的设计的具体方案,再通过3D打印技术将设计变为实物,真正把物理知识“穿”在脚上。她希望同学们能明白,摩擦力不是学习的终点,而是一把钥匙,能打开更多科学探索的大门,让大家在求知路上走得更远、更稳。
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