第6届全国周培源大学生力学团体赛介绍

      2007年11月3日、5日和6日,中央电视台《异想天开》栏目首播和两次重播了专题节目《奇妙的力学》,全方位报道了第6届全国周培源大学生力学竞赛团体赛。节目播放后,反响热烈。经竞赛组委会与中央电视台协商,该节目视频已挂在中国力学学会网站http://www.cstam.org.cn/lxkp.asp,供免费下载。
1小时的纪录片,精彩纷呈。这项科技活动由教育部高教司委托举办,参加团体决赛的选手共20队,来自25所高校,是从全国29个省(市)、自治区197所高校近万名选手中脱颖而出的优胜者。他们向我们展现了当代大学生的精神风貌与团队合作创新能力。影片适时地穿插对参赛选手的访谈和国内一流力学家、国家级教学名师画龙点睛式地点评,进一步提高了影片的观赏性。 
        感谢中央电视台的摄影记者,为我们留下了值得珍藏的全部四轮竞赛过程。第一轮竞赛为“攻防对抗赛”。参赛队各设计一个哑铃发射装置和一个鸡蛋防护装置。捉对“厮杀”,以击破或击损对方的鸡蛋得分。由于此题赛前已公开,各队准备充分。20门“大炮”一字排开,蔚为壮观。摄影的特写镜头又让“大炮”的全貌和细节一览无遗。我们不能不叹服选手们想象力和创造力,力学中的势能转化为动能的原理,能物化出这么多新颖精巧的装置:弹簧牵引发射、重力摆锤击发、滑道导引抛射……。“炮弹”调整自如的命中精度则度量了选手们在动力学、机构运动、摩擦、机械设计等诸方面知识的深度、综合运用能力和动手制作实现能力。
        镜头转向鸡蛋保护装置,虽然受限于组委会规定只能用竹筷、纸、细绳和浆糊,选手们仍将力学减震和防震原理和方法用得如此出神入化。层层嵌套的竹筷空间桁架结构、纸卷蜂窝结构……一一清晰呈现。那个家伙怎么浑身长刺?原来是纸仿刺猬,恐怕自恃力大无穷的哑铃炮弹也要忌惮三分。那个装置怎么在空中晃来晃去?原来被悬挂起来。该队选手肯定是领悟了先哲老子“天下之至柔,驰骋天下之至坚”的真谛,或得到了金庸大侠“乾坤大挪移”、“四两拨千斤” 的真传,只见泰山压顶之势射来的哑铃与该装置轻轻一碰,改变了方向,鸡蛋安然无恙,悠然荡起秋千来。再看那里,有一个纸糊的圆形城堡。鸡蛋在哪个位置看不到,怎么瞄准?进攻方说,这是剑走偏锋,防守方则说,这是从隐身飞机得到启发。一查,防守方真还没违反竞赛规则呢。
        第二轮竞赛是有裂缝的纸条拉力赛。参赛选手可以挖剪,不能粘补,比试谁的纸条承载能力更高。这轮竞赛源于工程中对结构局部破坏损伤的补救措施,通过钻孔,磨平等措施可以有效减少应力集中,给结构或构件延寿。除了力学考量,加载方式也是选手们斗智斗勇的内容。因为纸条的极限载荷不能事先精确确定,加载次数又规定有限,是每次等重量加载,还是采用黄金分割法或其它方式增加载荷,对于竞赛成绩逼近纸条的实际极限载荷的程度有重要影响。
        第三轮不倒翁设计,是力学中复摆知识的应用。
        第四轮竞赛是姜太公钓鱼。要求选手自行制作钓台和钓具,比试谁的啤酒瓶钓得多。这个竞赛项目极具观赏性和刺激性。“摩擦自锁”的力学原理衍生出多样化的别具心裁的钓具:类似起重机上从外部夹的两杆夹具,伸进瓶内卡的姜太公直钩,刚好套住瓶口的细铁丝圈套等等。选手们站在钓台上钓。怎么那个钓台特别狭长,钓鱼人躺下了?只见他身手不凡,钓得又准又快。可惜忘了问他,他是运用力学中重心低、距离近,从而稳定性好的知识,还是从先哲老子“江海之所以能成为百谷王者,以其善下之”获得了灵感和智慧?
        竞赛圆满结束和在中央电视台播放后,好评如潮。我们感谢清华大学提供了如此精彩的赛题和北京工业大学提供了竞赛场地。特别感谢的是那些建设性意见,它们是这项科技竞赛活动不断发展的动力和源泉。
       从收集到的反馈意见看,主要改进建议集中于第二、三轮竞赛。从第三轮淘汰下来的选手虽说没有怨言,也颇有些不服气,认为竞赛甄别度不够。其他专家、教师也有类似意见。其实其中有个原因,原竞赛项目是周期可调装置,因时间紧张,改为固定周期了。这个问题可以在以后的竞赛中研究解决。第二个建议是在第二、三轮竞赛中增加对抗性,以提高趣味性和观赏性。例如第二轮竞赛可否这样改:由组委会提供一套有各种缺口的纸条供临场选择。攻方可裁剪,守方不能裁剪,但同时做实验,攻守转换后,以载荷提高大者为胜。第三轮可否根据航海时钟原理设计,将装置放置在有滚轮的小车上,互相让对手摇动干扰。也许这样对抗的激烈性,竞赛的吸引力、甄别度和在力学学习上的启发性,都会有所改进。
       看完中央台节目,我的心久久不能平静。用什么词来概括这次大学生科技竞赛活动呢?蓦然,我脑海中浮现两位历史巨人的身影。爱因斯坦“想象力比知识更重要”,庄子“乘物以游心”。在自然科学与人文科学的星空,两颗巨星投射的光柱重叠,凸现一个闪光的词:想象。科学想象的翅膀能飞多远?从这些洋溢着青春活力、律动着时代脉搏的年轻选手身上,我找到了答案。
(竞赛组委会 蒋持平供稿) 

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