紐約數學博物館在游戲中學習數學

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

MoMath不僅是一座數學的殿堂，更是激發思考、探索創新的靈感圣地。在MoMath，數學的樂趣是無窮的。

滑車演示最速降線

想象一個小球從高處沿滑梯滑落至低處的場景，這條滑梯應該是什么形狀，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，曾困擾眾多數學家和物理學家。

解決最速降線問題的核心在于把看似復雜的物理現象抽象化，用數學模型來演示和分析。為了讓觀眾親身體驗解答這一經典問題，MoMath設計了名為“伽利略的軌道”的互動展品。觀眾能自行設計滑車的下降路徑并測試其速度。當觀眾釋放小滑車時，會觸發感應計時裝置，小滑車通過終點時停止計時，顯示屏會實時顯示小車的運行時間和當日最快紀錄。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出，最短路徑則用藍色表示，觀眾可以通過調節軌道來尋找最速路徑。

方輪車騎行演繹數學原理

方輪車是MoMath的標志性展品之一，觀眾可以騎上它，在一個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相遇，方便兩位騎行者交流與互動。

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所呈現的特殊幾何形態。在這種獨特設計的軌道上，方輪車能夠平穩地前進和后退。

方輪車的初步概念源于數學家格森·羅賓遜的創意。根據他的設計，美國舊金山探索館首次制作了一個方輪車的小模型，展示了方輪如何在倒懸鏈線軌道上滾動。1990年左右，數學家斯坦·瓦根在參觀探索館時被這一展品所吸引，隨后制作了一輛全尺寸的方輪車，并為其設計了專門的軌道。MoMath在瓦根的基礎上做了改進，通過反復設計、測試和優化，最終創造出這個富有趣味性和互動性的圓周倒懸鏈線軌道方輪車展品。

這個展品吸引了眾多觀眾，向他們展示了創意解決問題的數學思考方式：輪子的設計并不必須局限于傳統的形狀。基于懸鏈線原理，只要為不同形狀的輪子設計合適的軌道，它們就可以順利運行。

萌琦琦//摘自2024年3月8日《科普時報》，本刊有刪節/