夏日冒险：乐园里的STEAM秘密｜星岛教室

2023-08-31 15:20

夏天到了，大家去了哪里玩呢？猜猜看，是不是有很多人去了主题乐园？在那里，我们都排了好长的队，只为了坐上心仪的机动游戏。但你知道吗？每一次我们尖叫的时候，都有科学在背后悄悄地助威！

惊险刺激过山车

过山车是一个受到很多人喜爱的游乐设施，它结合了速度、刺激和技术设计。要了解过山车是如何运作，我们需要探讨以下科学原理：

1. 重力：当过山车被推到最高点，它其实像一个等待冲刺的超级英雄，储存着超能量，然后它像闪电一样沿着轨道飞驰。过山车最主要的动力来源就是重力。当过山车被牵引到最高点时，它拥有位能（potential energy）。因为涉及能量转换，总能量维持不变，一旦它开始下坡，位能就转化为动能（kinetic energy），使过山车加速。

2. 动能和位能：在过山车的行程中，动能和位能会互相转换。当过山车上升时，它的速度减慢，动能减少，而位能增加；当过山车下降时，它的速度加快，动能增加，位能减少。

3. 摩擦力的魔法：过山车的运作虽然大部分依赖重力，但摩擦力在其中也扮演了隐形守护者，确保它不会飞驰得太快。轮子、轨道和空气摩擦都会消耗过山车的能量，使其速度降低。为了克服摩擦，设计师必须确保轨道初期的下坡足够陡峭，以便获得足够的初速度。

4. 离心力：在过山车进行紧急转弯或环状回旋时，乘客会否感受到被向外推的力，感觉像被一个隐形力量推着？这是因为物体在圆形路径上运动时，会受到一个向轨道中心的向心力，但由于牛顿第三运动定律，乘客会感觉到一个相反方向的离心反作用力。

5. 安全第一：为了确保过山车安全停止，制动系统是必要的。这些制动器使用摩擦力来令过山车减速。

6. 超级设计师：过山车的设计师们才是真正的超级英雄，他们运用STEAM知识来创建这些惊险又刺激的游乐设施。设计师需要使用物理学的原理，以确保过山车在所有转弯和跳跃中都能维持稳定，同时也要确保乘客在整个旅程中都能感受到刺激。

总之，过山车是一个完美结合物理学原理的娱乐设施，透过位能、动能、重力、摩擦力和离心力的互动，为乘客带来极度的刺激和乐趣。

夹公仔：你的机会来了！

夹公仔机是一个十分受欢迎的游戏，玩家使用操控杆来控制一个机械手臂，试图抓取展示台上的玩偶或其他奖品。不止运气好，你知道吗？夹子、公仔的材质和摩擦都对你夹取的成功率有影响！

1. 杠杆原理：夹子的设计常常依赖杠杆原理，来增加或调节夹取时的力道。

2. 摩擦力：当夹子夹取公仔时，它是透过摩擦力来抓住物体的。公仔的材质、毛绒的长度和夹子之间的摩擦系数都会影响夹取的结果。

3. 重心位置：当爪夹起公仔时，它的位能会增加。由于在运送过程中它的重心（物体重量分布的中心点）改变，位能转为动能，使公仔容易跌下。因此只要把公仔的重心稳定地维持在爪内，便会增加成功夹出公仔的机会。

4. 机械工程原理：夹公仔机的移动系统，包括水平和垂直的移动，都是基于机械的齿轮、电机和其他元件的组合。

5. 控制系统原理：玩家使用操控杆或按钮来控制夹子，这需要一个控制系统来诠释玩家的操作并传递给机械系统。

当玩家操作夹公仔机时，上述的多种科学原理都在悄悄地发挥作用。

学生作品：「正面价值观」推币机

推币机是一种流行于游乐场和游戏中心的机械游戏。玩家在这种游戏中放入硬币，希望能够推动平台上的其他硬币掉落，从而获得奖励。以下是推币机的一些基本科学原理：

1. 机械运动：推币机的主要工作原理是简单的机械运动。当你放入1枚硬币，它会被加入到一个不断地推进和退回的平台上。根据牛顿第三运动定律，当新的硬币被放入时，移动平台会把「作用力」作用在前方的硬币，同时在硬币上产生一种力对抗平台，叫「反作用力」。

2. 重力：重力会作用于平台上的所有硬币，使它们向下移动。当硬币的边缘超出平台边界时，它们将因重力作用而掉落。

3. 摩擦力：平台和硬币之间的摩擦力可能会阻止硬币被推落。这意味着即使某些硬币似乎靠近边缘，也不一定能够被新加入的硬币推落。总之，推币机结合了多种物理学原理（如重力、摩擦力和机械运动）以创建一个有趣和具有挑战性的游戏。它的不确定性和随机性，使其成为游戏中心里持续受欢迎的游戏。

本校学生在自制的推币机上，运用创意加入不同正面价值观元素，结合娱乐和教育，以更有意义的方式吸引和启发其他学生。透过游戏，学生不仅能够体验科学的概念，还可以培养他们的价值观和道德观念。这种结合意味着教育可以是有趣和吸引人的，并且透过日常生活中的活动，如游戏，向学生传达重要的生活课题和正面讯息。扫描下面二维码，看看学生们的创意如何将游戏和教育结合！

「正面价值观」推币机设计概念短片介绍

小思考，大智慧

为甚么过山车和其他机动游戏如夹公仔机和推币机的设计中，STEAM原理是那么重要？

答案

STEAM原理提供了对于物体运动和互动的深入理解，这些理解是设计和操作这些游戏的基石。例如过山车的速度、刺激和安全性都取决于重力、摩擦力、动能和位能的准确平衡；夹公仔机的成功与否涉及到摩擦力、重心位置及杠杆的运用；推币机则是靠着重力、摩擦力和机械运动的相互作用来提供游戏的挑战性。了解这些原理不仅确保游戏的正常运作，而且也确保了乘客和玩家的安全。

文：中华基督教会基湾小学（爱蝶湾）副校长郭宇田、中华基督教会基湾小学（爱蝶湾）主任陈国锐

本栏逢周四刊登，由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿，旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料，引发学生探求知识的兴趣，将学习融入生活，培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。