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小学二年级 童话:7-8岁

童子军活动:松木赛车(Pinewood Derby Car Race)

今年松木赛车的活动是我们第一次参加,蛮开阔眼界。松木赛车是用木头制作、无动力、完全利用重力加速的赛车比赛。下面这张图就是赛道,总长不过十来米。赛车的初始位置在赛道的最高点,比赛开始的时候,赛道上方有个扳手放下来,赛道上的车就在重力的作用下下滑,直到赛道终点。

松木赛车赛道(图片来自网络)

每个小童子军领到手里的是一块方方正正的松木,其中轮胎的安装位置已经预先做好,就是木块底部的那两个小洞。四个塑料轮胎和四个装轮胎的钉子没有发到我们手里,直到最后称重的时候才可以安装并上交。所有做好的赛车都将用到这9个部件,约束条件是车的总重量、长宽高都有明文规定,不可超出限额。

做赛车的材料(图片来自网络)

为了把这块木头做成赛车,需要先设计好形状(做两个剖面图)、然后用小刀锯子等工具去除木头上多余的部分、用砂纸打磨,接着喷漆和装饰,这些部分的工作大概需要一个月的时间。做了一下后,我怀疑美国的松木和国内所说的松木可能有所不同。以前北京家里的门就是松木的,软到恨不得我用指甲使劲掐一下都能留一道印,而这块木头质地的质地硬且脆,虽然我们用机器完成了大部分的工作,但是之后进行进一步修补的时候,仍然费了不少力气。车身制作完成后进入下一阶段:到指定的地点安装轮胎并称重上交(Weigh in)。

这样小小的一个赛车,里面的技术要点可是不少。松木赛车的驱动力是重力和惯性,需要克服的是摩擦力和空气阻力。因此,赛车的设计目标是:最大化势能、减少空气阻力、减小轮胎转动时与车身、钉子以及轨道之间的摩擦力。由于车体比较小,因此空气阻力不是一个很大的问题,要点在于减小摩擦力。对轮胎胎面进行打磨、减小轮胎内部与车体的接触面并打磨光滑都可以减小摩擦力。甚至可以对钉子进行打磨,去除毛刺。更有甚者,对钉子的头部进行打磨可以减少钉子与轮胎的接触面。还有一个因素是轮胎转动的能量。因为松木赛车在运动过程中把势能转化成动能之后依靠惯性前进,由于重的轮胎转动惯量大,轮胎转动会消耗掉一部分势能。标准的轮胎重量约为3.6克,对轮胎内部打磨,可以将重量减到1克左右。轮胎的安装也很重要,四个轮胎的状态最好一致并且平衡。轮胎平衡的情况下,赛车可以保持直线运动而不易滑出赛道;整个赛车的重心最好位于后轮轴的上放以增加一部分势能。在实际操作过程中,平衡是很难测量的,仅限于目测。

可以看出,这些操作基本上都不是孩子能够完成的,因此童话所在的pack最初就只发给了一个木块进行车体的制作(童子军分为各级组织,类似于小队中队大队这样的。pack由指定区域范围内参加童子军的所有孩子组成,每个月会有一次活动,比如松木赛车活动就是在pack这一级举办的)。虽然上述这些技巧我们没有机会实践(同时也缺乏相应的技能),然而在多年之后,居然又把中学物理重新复习一遍,倒也是始料未及的收获。童话的赛车是自己设计的,设计完成后,在车体上凿了几个洞,用来安装重量块。这些洞主要位于车的后部,以增加势能。

童话的赛车,称重后被分配了比赛号码,11号

后轮处的重量块

车底的重量块

比赛现场,六辆车已经各就各位,蓄势待发

松木赛车活动是为父母,特别是为父亲与家中的男孩所设计的一项亲子活动。父子俩可以共同设计、制作、装饰赛车。在实际操作中,大部分工作是由父亲完成的。为了避免成人在孩子赛车上下太大的功夫,童子军组织鼓励家长自行制作赛车,并为父母举行单独的比赛。我们这个Pack有三位父母做了赛车,:-)。

比赛当天,每辆车都进行12次比赛。选出前6名之后(因为我们的赛道一次可以容纳6辆车)进行决赛,共比赛6次,前3名选出来参加更大范围的比赛。比赛结果如下:最快的车用时2.92秒,最慢的车用时3.2秒,童话的车绩大概是3.05秒左右,在参赛的27辆车中排在第18名。作为第一次参赛,我觉得还是挺不错的。此外比赛成绩分布比较均匀,也是我比较喜欢的一点。

值得一提的是,通过投票,童话的赛车得了最佳绘画奖(Best Paint Job)。得了这个奖之后我颇有点惴惴不安,因为比赛现场有很多车车身的喷涂和制作都比童话的赛车精良的多,而童话车身上很精致的那些花纹是从商店里买来贴上去的,花纹之外的那些颜色块才是画上去的。比赛完后,我问他:“你知道你为什么能得这个奖吗?” 童话说不知道。我解释给他听后他问道:“我们明年还能这样做吗(Should we do this next year)?” 我建议说不要了并特别说他没有做错什么,只是占了个便宜。童话又问他明年是否还能买装饰物来装饰,这可问住我了。因为对车身进行装饰是允许的,可是如果他明年一不小心再得了这个奖呢?容我再考虑一下。

(注:装饰的问题最终顺其自然吧。从规则上讲,孩子是可以自行对小车进行装饰的。祝贺童话小朋友今年得到这个奖项,:-))

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