空间站|牛顿也想不到:物理课还能这样上

时隔8年,我们又一次有机会看王亚平老师太空授课 。你看了吗?图片
3名航天员演示的太空转身、物体运动、液体表面张力等现象,你都看懂了吗?
还没看或者没看懂都没关系,蝌蚪君这就来为大家整理这些实验,讲讲实验背后的物理知识 。

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01、太空转身 
太空转身实验的核心关键词叫做角动量 。
角动量是描述物体转动的物理量 。这个试验所展现的是在微重力的环境中,航天员在不接触空间站的情况下,类似于理想状态下验证“没有外力矩,物体会处于角动量守恒” 。
航天员上半身向左转动时,按照角动量守衡的原则,下半身就会向右转 。
另一个动作是航天员伸展身体的时候,因为质量分布得离旋转轴比较远,转动惯性比较大,所以角速度就减慢,通俗地说就是转得慢了 。
而当把四肢收回时,转动惯性小,角速度就会增加,直观感受就是转动速度变快了 。
02、浮力消失实验 
在很多科幻电影中都曾出现过这样的镜头:一旦重力消失,浮力也就没了,人们在游泳的时候都会变得更艰难 。
太空老师王亚平所开展的浮力消失实验,展现的就是这一现象 。
这项实验所展现的是浮力和重力伴生的现象 。浮力来源于重力引起的液体在不同深度的压强差 。当重力消失时,液体内部压强相同,浮力也就消失了 。
不过地球表面难以让浮力消失,这个试验很难直观地展示出来 。
在空间站的微重力条件下,浮力和重力之间的伴生关系就可以非常清楚地显现 。

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03、水球光学实验
航天员叶光富所展示的太空水球光学实验,则同时展现了三个物理原理 。
当航天员往水球中打入一个气泡,因为在太空中浮力已经消失了,所以气泡不会向上飘,而是老老实实待在水球中,水球因此被气泡变为了两部分,中间是空气,气泡周围是水 。
这个时候整个水球就变成了两个透镜,外圈成为了一个凸透镜,所以呈现出一个倒立的像,内圈相当于变成了两个凹透镜的组合,这个时候又出现了一个正立的像 。
因此可以在水球中同时看到一正一倒的两个像 。

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这项实验其实体现了三个物理现象,首先就是在失重环境下,水滴会在表面张力的作用下收缩成一个接近完美球体的水球,而在地面上,因为受重力影响,水滴呈现为水滴形,几乎不可能获得一个完美的水球 。
其次,就是这个水球可以被看成是一个凸透镜,如果你站在这个凸透镜的两倍焦距以外,就看到的就是一个倒立的实像 。
最后,就是在水球中打入一个气泡,因为太空中浮力消失,这个气泡不会飘出来,它就老老实实的待在里边 。
这个实验在地面上其实可以通过玻璃去模拟,但是肯定没有水球呈现的效果好 。

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04、泡腾片实验
航天员所进行的泡腾片实验,是本次太空授课中的一项趣味性实验 。
在地面环境中,将泡腾片扔进水球里,就能看到气泡上浮,可在中国空间站的失重环境中,因为浮力的消失,泡腾片扔进水中的产生的气泡不再上浮,而是相互挤压,最后就会形成一个很有意思的样子,这个水球也会被气泡撑得更大,就能看到水球一点点膨胀的效果 。
因为空间站和地面最大的不同就是空间站是微重力环境,但是微重力环境对常人而言只是一个名词,通过这些实验大家就能够知道微重力环境下,许多物理现象和地面环境有所不同了 。

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这些实验中,哪个最让你印象深刻? 你也想试试吗(有机会的话)?
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