重慶市巴川中學(xué)校 何清芳 劉 松

相傳木牛流馬是三國時(shí)期蜀漢丞相諸葛亮發(fā)明的運(yùn)輸工具，分為木牛和流馬。史載建興九年至十二年（231 年～234 年），諸葛亮在北伐時(shí)曾使用木牛流馬運(yùn)送糧草。其載重為“一歲糧”，大約四百斤以上，每日行程為“特行者數(shù)十里，群行三十里”，既不飲水，又不吃料，晝夜運(yùn)轉(zhuǎn)不停，為蜀國十萬大軍運(yùn)送糧草。不過，它們確切的制作方式、樣貌現(xiàn)在不明，后人對其亦有不同的解釋。后代的“木牛流馬”只是后人在揣測的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行的仿制。在此過程中，也誕生了大量的“木牛流馬”自走玩具。

先明原理——以自走玩具為例

對自走玩具兔子進(jìn)行觀察、探究發(fā)現(xiàn)，它在一定坡度的斜面上能夠自動(dòng)下坡，是因?yàn)樽陨淼闹匦呐c前后腳充當(dāng)?shù)闹c(diǎn)交替發(fā)生相對的位置變化。當(dāng)兔子前腳著地時(shí)，前腳為支點(diǎn)，后腳翹起，其重心在支點(diǎn)后面，因此身體會后仰直到后腳著地（見圖1）。當(dāng)兔子后腳著地時(shí)，后腳為支點(diǎn)，則前腳翹起，其重心在支點(diǎn)前面，于是兔子身體向前傾，直到前腳著地（見圖2）。以上步驟重復(fù)進(jìn)行，就形成了步行下坡的效果。

圖1

圖2

初學(xué)體驗(yàn)——制作下坡玩偶

一、制作材料及工具

卡紙、紙板（或者木板等其他可以作為斜面的材料）、剪刀等。

二、制作步驟

1.按圖3 在卡紙上畫出線條，并將卡紙沿虛線剪開。

圖3

2.將剪好的卡紙沿實(shí)線折疊（見圖4）。然后對4 只腳進(jìn)行修剪，從外側(cè)3 毫米左右的位置向內(nèi)側(cè)剪裁，形成一個(gè)外低內(nèi)高的弧形（見圖5），這一步修剪非常重要。

圖4

圖5

三、效果展示

操作時(shí)首先要調(diào)整斜面的傾斜角度，只要細(xì)心嘗試，通常都可以找到最佳的傾斜角度。同時(shí)斜面的材質(zhì)也很重要，避免使用過于光滑的材料，否則玩具會直接沿斜面下滑。最好使用摩擦力大的，例如泡沫板、軟木板、木工板等，它們都是不錯(cuò)的選擇。將玩偶放到斜面上，只要輕輕向左或向右按壓一下，玩偶就會左右搖擺著緩慢下坡了。

學(xué)有所成——制作簡易自走紙杯

一、制作材料及工具

圓珠筆筒、紙板、竹簽、紙杯、泡沫、圖釘、熱熔膠、美工刀等。

二、制作步驟

1. 將圓珠筆筒用熱熔膠粘在紙板頂端（見圖6）。

3.將粘好圓珠筆筒的紙板放入杯中，用竹簽貫穿紙杯和圓珠筆筒。完成后紙板要能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)紙板超出紙杯的杯口，用筆在紙板超出杯口約3 mm 處做記號（見圖7）。然后將紙板取下來，用美工刀或剪刀裁掉多余部分。注意：務(wù)必筆直切割，否則紙杯下坡時(shí)會歪斜！

4.在紙板兩側(cè)的紙杯內(nèi)壁分別粘貼兩塊泡沫，以限制紙板的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。左邊的泡沫不要超出杯口，右邊的泡沫要超出杯口約3 mm，并將其底部修剪成圓弧狀，作為前腳（如圖8）。

5.在紙杯的左側(cè)插入圖釘（如圖9），用于調(diào)整玩具的重心位置（通過圖釘?shù)臄?shù)量確保紙杯的整體重心位于紙杯后側(cè)）。如果紙板行走不便，可在下方粘上雪糕棒增加穩(wěn)定性。上方可以用扭扭棒進(jìn)行裝飾，同時(shí)起到平衡的作用，完成后的實(shí)物見圖10。

圖6

圖7

圖8

圖9

圖10

三、啟動(dòng)技巧

先將斜面的傾斜角度調(diào)整到最佳。再將紙杯放在斜面頂端，手指從上方輕壓紙杯尾部，然后松手，紙杯就會以前后兩只腳交替落地的方式搖擺前行?；蛘咴谒墒謺r(shí)，輕輕向前推一下，也可以幫助它走起來。對于新手來說，紙杯能夠走出3 步以上，就算成功。當(dāng)然走動(dòng)的步數(shù)越多，行走效果越好。

四、問題與解決

經(jīng)常發(fā)生的問題有：自走紙杯無法行走或行走步數(shù)少，常常沒走幾步就停止。其原因如下：

1.紙板（后腳）剪得太短，右側(cè)泡沫（前腳）粘好后，紙板無法接觸斜面，紙杯自然無法行走。

2.沒有找到合適的斜面傾斜角度。

3.右側(cè)泡沫前端（前腳）沒有修剪成圓弧狀，導(dǎo)致受到的阻力太大。

4.紙杯各部分的組裝和粘貼不牢固，影響行走效果。

思維拓展

在制作“木牛流馬”自走玩具的過程中，要達(dá)到好的效果，需要細(xì)心和耐心，關(guān)鍵是對技巧的掌握和智慧的傳承。制作“木牛流馬”自走玩具的關(guān)鍵就在于重心對平衡的控制。當(dāng)使用光滑程度不同的木板作為斜面時(shí)，觀察、分析玩具運(yùn)動(dòng)的差別與影響因素有哪些。想一想當(dāng)玩具不能筆直走下坡時(shí)，影響因素可能有哪些？如何調(diào)整？

生活中的應(yīng)用

重心與人類生活關(guān)系密切。在所有交通工具、機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)與研制工作中，重心位置的設(shè)計(jì)都十分重要。它的高低、左右、前后，對機(jī)械、車船、飛行器的穩(wěn)度、能量損失等都有著至關(guān)重要的影響。在當(dāng)代，科學(xué)家們更是利用重心創(chuàng)造出許多能夠自動(dòng)行走的機(jī)器，比如自動(dòng)跟隨雨傘、自動(dòng)行李箱、自走座椅、平衡車、平衡椅等。