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    【航升卫星】天宫课堂第二课--实验背后的原理

     

     

    在约45分钟的授课中

    翟志刚、王亚平、叶光富相互配合

    生动演示微重力环境下

    太空“冰雪”实验、液桥演示实验

    水油分离实验、太空抛物实验

    深入浅出讲解实验现象背后的科学原理

    同时展示了部分空间科学设施

    介绍了在空间站的工作生活情况

    授课期间

    航天员通过视频通话形式

    与地面课堂师生进行了互动交流

    此次太空授课

    中央广播电视总台全程现场直播

    在中国科技馆设地面主课堂

    西藏拉萨、新疆乌鲁木齐设2个地面分课堂。

     

    01.太空冰球实验


    太空冰球实验仿佛发生在“魔法世界”一样,航天员王亚平从装有过饱和乙酸钠溶液(生活中把小苏打和白醋混合一起就可获得)袋子里挤出液体,形成液球,漂浮在空中。在微重力环境中,晶体不受容器的限制,可以悬浮在半空中“自由生长”,当航天员王亚平用小棍子点在液球上,球体开始“结冰”,很快变成一个“冰球”。王亚平说,这个“冰球”摸上去是温热的。

    这个实验的原理是乙酸钠溶液在温度较高的水中溶解度比较大,很容易形成过饱和乙酸溶液,这种溶液里只要有一点结晶核颗粒就会迅速打破它的稳定状态,析出大量晶体,同时这个过程也会释放热量。小液球结冰的玄机就在于过饱和溶液遇到了沾有晶体粉末的小棍子,这才有了我们看到的外观像冰球,实为热球现象。


     

    02.液桥演示实验


    航天员叶光富将水挤在两块液桥板上,形成两个水球。将液桥板靠拢,两个水球挨在一起;液桥板分开,水将两个液桥板连在一起,形成一座中间细,两头粗的桥。将液桥板拉远,液桥变得更细、更长,但没有断开。

    液桥板之间形成水桥的主要原因是微重力环境与液体表面张力的作用。日常生活中受重力作用影响,液体的表面张力不易被察觉,但是在微重力状态下却很明显。表面张力的实验在首次太空授课做过的水球,水膜实验都有体现了这个原理。

     

     

    03.水油不分离实验

     

    实验中航天员王亚平用力摇晃一个装有水和油的瓶子,让水和油充分混合。在地球上做这个实验,水和油会随着时间流逝而分离;我们能看见在空间站中,瓶中没有发生变化,水和油还是混合在一起。航天员叶光富使用“人工离心机”旋转瓶子,数圈后,水油分离,油在上层,水在下层。

    在空间站中,水和油之所以“难舍难分”,保持混合态,是因为在微重力环境下密度分层消失了,也就是浮力消失了。为什么旋转后水和油会分离?专家解释瓶子高速旋转时类似离心机,可以理解为离心作用使得浮力重新出现了。


     

    04.翻跟头的冰墩墩


    北京冬奥会吉祥物“冰墩墩”压轴登场,成为“太空助教”。航天员王亚平向前抛出“冰墩墩”,"冰墩墩"没有下坠,而是沿着抛出方向做匀速运动。太空抛物实验跟牛顿第一定律所描述的现象相同。在空间站中,"冰墩墩"被抛出后不受外力影响,保持匀速直线运动。


     

    END

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