天宫直播课后作业来了!直播老师演示的这些知识点,读懂了吗
2021-12-16 15:57:26   

  神舟十三号乘组在“天宫课堂”第一课上演示的每个实验,都包含着物理学定律。这堂太空科普课上究竟有哪些知识点?一起随秀色直播小编来看详解。

天宫直播课堂课后作业来了!直播老师演示的这些知识点,读懂了吗

  太空转身角动量和角动量守恒

  角动量是指物体绕某个轴线旋转时,物体旋转速度与自身到轴线的距离有关。比如,旋转的陀螺、正在转身的花样滑冰运动员,乃至地球绕太阳转动、太阳系和银河系自转,都拥有大小不一的角动量。

  角动量有方向和大小,在一个孤立系统里,角动量是守恒的。航天员叶光富“游泳”和“吹气”时,对自身改变很小,无法实现转身。当他抡起一侧手臂时,手臂拥有了一个角动量,那么身体的另一部分就产生了相反的角动量,从而实现了转身。

  要改变整体的角动量,需要系统跟外界有接触作用,比如扔出一个重的物体或用手脚去触碰舱壁,这也是为何太空舱壁要安装那么多把手。

  浮力消失没有重力就没有浮力

  浮力定律是人类历史上很早就发现的定律,其产生源自物体上下表面所受的液体压力差,这意味着重力是产生浮力不可或缺的条件。所以,在几乎不受重力的空间站,这里的液体只由分子间作用力(尤其是表面张力)聚集在一起,内部各处没有压力差。

  当航天员王亚平把乒乓球放入水中,乒乓球不会浮在水面上,而是在水体中自由游荡。也因为失重,当王亚平把水杯“倾斜”时,水也不会洒出来。不过,如果水杯总是开口放置的话,由于随机运动,水还是会逐渐溢出。所以,叶光富还是立刻用盖子把水杯盖上了。

  水膜张力分子“手拉手”的力量

  水球、水膜的形成,用到的是液体一种被称为“表面张力”的性质。液体分子之间存在的吸引力,会让液体表面积尽量缩小,从而形成球形。

  太空授课中,王亚平在叶光富的帮助下,把一个带柄圆环伸入水袋中,再小心翼翼地拉出来时,圆环上就附着了一层水膜。这是因为水跟圆环的物质分子之间也有吸引力,所以水没有兀自聚集成球,而是变成了近似平面。而且,由于空间站处于失重状态(微重力环境),水膜不会下垂。所以,当王亚平继续向水膜上加水时,水膜逐渐变厚,最后变成了一个球,这仍是表面张力在起作用。

  当王亚平将在地面上与女儿一起折的纸花放在水球上时,同样是在水的表面张力的作用下,纸花慢慢绽放。

  水球成像水和空气的透镜游戏

  水球就像一个凸透镜(放大镜),当我们跟随摄像机镜头观察水球另一侧的王亚平时,就会看到她在水球里呈现的倒像。

  其实,光线在一种均匀物质里是呈直线传播的。但在物质的界面处,光会发生折射,让物体看起来改变了位置和大小,并由此产生很多有趣的光学现象。

  王亚平往水球中间轻轻注入一些气体,水球中间就出现了一个气泡(气体球)。同样由于失重,没有浮力,气泡不会“浮出”水面。这时候,我们可以看到气泡上出现了一个更小的正像。

  为何会同时存在的倒像和正像?我们可以把水球看成一个凸透镜,即呈现外圈的倒像。而从气泡来看,它的外围是水,内侧的两个气-水界面相当于两个凹透镜,所以就呈现出了航天员的正像。

  泡腾片实验泡而不腾水球“长胖”

  王亚平把水球中的气泡吸走之后,又往水球上放了半片泡腾片。众所周知,泡腾片在溶解过程中会释放二氧化碳,形成许多小气泡。在地面上做这个实验时,我们可以看到气泡纷纷从水杯中逃走。但在空间站的失重状态下,气泡感受不到浮力,它们会“安逸”地待在水球里。

  由于泡腾片的溶解过程是在分子量级上发生的作用,随着泡腾片和水的接触、溶解,形成了越来越多的小气泡。在失重状态下,各处都没有压力,小气泡既不会溢出,也不会集中,只是随着气体释放,使水球的体积不断增加,最终变成了一个越来越“胖”的大水球。

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