紐約數(shù)學(xué)博物館在游戲中學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)

紐約數(shù)學(xué)博物館（簡稱MoMath）成立于2012年，坐落于紐約市曼哈頓區(qū)，建有2層，總面積約1800平方米，是北美唯一一家專注于數(shù)學(xué)主題的博物館。

MoMath不僅是一座數(shù)學(xué)的殿堂，更是激發(fā)思考、探索創(chuàng)新的靈感圣地。在MoMath，數(shù)學(xué)的樂趣是無窮的。

滑車演示最速降線

想象一個(gè)小球從高處沿滑梯滑落至低處的場景，這條滑梯應(yīng)該是什么形狀，才能使小球以最快速度下降？這正是最速降線問題，最早由伽利略于1630年提出，曾困擾眾多數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家。

解決最速降線問題的核心在于把看似復(fù)雜的物理現(xiàn)象抽象化，用數(shù)學(xué)模型來演示和分析。為了讓觀眾親身體驗(yàn)解答這一經(jīng)典問題，MoMath設(shè)計(jì)了名為“伽利略的軌道”的互動(dòng)展品。觀眾能自行設(shè)計(jì)滑車的下降路徑并測試其速度。當(dāng)觀眾釋放小滑車時(shí)，會觸發(fā)感應(yīng)計(jì)時(shí)裝置，小滑車通過終點(diǎn)時(shí)停止計(jì)時(shí)，顯示屏?xí)?shí)時(shí)顯示小車的運(yùn)行時(shí)間和當(dāng)日最快紀(jì)錄。展品后方的大屏幕展示了“伽利略的軌道”的二維圖像，其中最快路徑用紅色標(biāo)出，最短路徑則用藍(lán)色表示，觀眾可以通過調(diào)節(jié)軌道來尋找最速路徑。

方輪車騎行演繹數(shù)學(xué)原理

方輪車是MoMath的標(biāo)志性展品之一，觀眾可以騎上它，在一個(gè)高低起伏的圓周軌道上暢快地行駛。兩輛不同尺寸的方輪車，分別適合成人與兒童使用。兩車會在軌道上相向而行并在某一點(diǎn)相遇，方便兩位騎行者交流與互動(dòng)。

方輪車的軌道刻面采用懸鏈線的形狀，這是一種鏈條或繩索在兩端自然下垂時(shí)所呈現(xiàn)的特殊幾何形態(tài)。在這種獨(dú)特設(shè)計(jì)的軌道上，方輪車能夠平穩(wěn)地前進(jìn)和后退。

方輪車的初步概念源于數(shù)學(xué)家格森·羅賓遜的創(chuàng)意。根據(jù)他的設(shè)計(jì)，美國舊金山探索館首次制作了一個(gè)方輪車的小模型，展示了方輪如何在倒懸鏈線軌道上滾動(dòng)。1990年左右，數(shù)學(xué)家斯坦·瓦根在參觀探索館時(shí)被這一展品所吸引，隨后制作了一輛全尺寸的方輪車，并為其設(shè)計(jì)了專門的軌道。MoMath在瓦根的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，通過反復(fù)設(shè)計(jì)、測試和優(yōu)化，最終創(chuàng)造出這個(gè)富有趣味性和互動(dòng)性的圓周倒懸鏈線軌道方輪車展品。

這個(gè)展品吸引了眾多觀眾，向他們展示了創(chuàng)意解決問題的數(shù)學(xué)思考方式：輪子的設(shè)計(jì)并不必須局限于傳統(tǒng)的形狀?；趹益溇€原理，只要為不同形狀的輪子設(shè)計(jì)合適的軌道，它們就可以順利運(yùn)行。

萌琦琦//摘自2024年3月8日《科普時(shí)報(bào)》，本刊有刪節(jié)/