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。

从图纸到脚上:
科技与市场的双向奔赴
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,各类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。
鞋底藏着科学:
摩擦力的微观战场
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、健步鞋以单方向移动为主,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。
测试场验真理:
亲手揭开防滑的秘密
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,通过它可以清晰地观察到人体在进行高冲击运动时,肌肉的震动情况以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。每组先挑选不同类型的鞋子,再选取模拟水泥地、木地板、塑胶跑道的测试面,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,就能根据需求调整设计,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,真正做到了学以致用。
原标题:探秘实验室第十期:玩转摩擦力,把物理知识穿在脚上





