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太空授课(太空授课王亚平)

日期:2021年12月28日 20:02:33浏览:53分类:素材摘抄

澎湃新闻记者 杨思超 综合整理

2021年12月9日15点40分,“天宫课堂”第一课正式开启。神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富变身“太空教师”在中国空间站精彩开讲,并面向全球直播。

此次“天宫课堂”是“太空授课”的延续。

2013年,航天员王亚平在聂海胜、张晓光协助下在神舟十号任务期间进行了首次太空授课,演示了质量测试、单摆运动、陀螺运动、制作水膜与水球等实验。时隔8年后,中国航天员再次进行太空授课,也是在中国空间站首次太空授课活动。

相比第一次“太空课堂”,这次“天宫课堂”的讲台更大了,是在中国自主建造的空间站内,未来还将拥有“问天”“梦天”两个实验舱;课程表的内容也更丰富了,增添了太空细胞学研究实验展示、浮力消失实验、泡腾片实验等新环节。

关于“太空授课”的5个基础物理实验你还记得吗?

2013年6月20日,中国首次太空授课活动成功举行,神舟十号航天员在天宫一号展示了失重环境下的5个基础物理现象。

质量测量实验

太空授课(太空授课王亚平)-第1张图片

重力是由于地球的吸引而造成的,太空中因为没有地球引力,所以就无法用弹簧测力计测重力。在太空中怎样称质量?航天员王亚平解释,太空中称重设备利用的原理是,用“弹簧-凸轮”机构产生的恒定力和光栅测速系统测出身体运动的加速度,根据牛顿第二定律(f=ma)算出了身体的质量。

单摆运动实验

太空授课(太空授课王亚平)-第2张图片

在太空中摆架上的小球是不会像在地面上一样做往复摆动的。在太空中,因为处于失重小球没有回复力,不能做往复摆动,但给小球一个很小的初速度,就可以绕摆轴做圆周运动,但在地面上需要足够大的初速度才能实现。

陀螺运动实验

太空授课(太空授课王亚平)-第3张图片

在太空上,给静止的陀螺一个初力,会看到陀螺在翻滚着先前运动。给旋转的陀螺同样的力,发现旋转的陀螺晃动着向前运动。因为高速旋转的陀螺具有很好的定向性,在太空舱很多设备都是利用陀螺定向的原理。

水膜和水球实验

太空授课(太空授课王亚平)-第4张图片

在太空中,水是不会自己流出来的。王亚平说,“诗人李白在太空写不出飞流直下三千尺的诗句。”当航天员挤出一个小水滴,水滴便在空中悬浮。航天员还演示了普通水如何做出水膜。由于太空水的表面张力起到作用,水膜来回晃动也不会轻易破裂。往水膜上加水,水膜逐渐变厚变成了水球。航天员还用注射器将红色液体注入水球,发现液体慢慢散开,透明水球变成红色水球。

“天宫课堂”实验背后的知识点

在“天宫课堂”60分钟的授课时间里,航天员完成了在轨工作生活场景展示、太空细胞学研究实验展示、太空转身、浮力消失实验、水膜张力实验、水球光学实验、泡腾片实验和天地互动交流8个授课项目,每一项实验背后都蕴含了不同的物理知识。

太空转身 知识点:角动量

太空授课(太空授课王亚平)-第5张图片

转身,这个在地面上难度系数为零的普通动作,在太空中却隐藏着物理知识。

在太空中要实现转身,一侧手臂需要画圈。身体旋转时,手臂收回旋转速度会变快。这个转身实验的核心是角动量。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。

当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。

浮力消失实验 知识点:浮力与重力伴生

太空授课(太空授课王亚平)-第6张图片

在太空中,乒乓球放进水里不会浮在水面上,而是停留在水中。这是因为浮力是随重力产生的,在太空失重环境下,液体内部压强处处相等,不再有上下表面压强差,浮力几乎消失。

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。

水球光学实验 知识点:凸透镜成像原理

太空授课(太空授课王亚平)-第7张图片

水球中可以看到倒立的像,是凸透镜成像原理。水球中注入一个气泡,可以看到一正一反两个像。

这个实验同时展示了三个物理原理。一是,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。二是,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。三是,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。

泡腾片实验 知识点:微重力环境

太空授课(太空授课王亚平)-第8张图片

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。泡腾片放入水中产生大量的气泡,气泡不会从水球中冒出。实验中的水球像一个蓝色地球。

这是因为空间站处于微重力环境,通过实验大家就能知道微重力环境下,许多物理现象和地面环境是有所不同的。

太空科普教育将作为空间站的重要职能之一

随着中国空间站长期在轨运行,中国首个太空科普教育品牌“天宫课堂”将系列化推出,将由中国航天员担任“太空教师”,采取天地协同互动方式开展。未来中国系列化开展太空科普教育活动。

国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光表示,未来教学内容范围更广泛,不仅限于微重力条件下的物理化学现象,也可以介绍太空科学研究和工程研究。其次,将开展更多有深度、有影响力的活动,中国已经有学生制作的立方星,随着航天发射任务搭载进入太空,未来也可以有学生设计的空间科学实验进入太空。

责任编辑:陈华

校对:徐亦嘉

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