牛頓也想不到:物理課還能這樣上
時隔8年,我們又一次有機會看王亞平老師太空授課。你看了嗎?圖片
3名航天員演示的太空轉身、物體運動、液體表面張力等現象,你都看懂了嗎?
還沒看或者沒看懂都沒關係,蝌蚪君這就來為大家整理這些實驗,講講實驗背後的物理知識。
01、太空轉身
太空轉身實驗的核心關鍵詞叫做角動量。
角動量是描述物體轉動的物理量。這個試驗所展現的是在微重力的環境中,航天員在不接觸空間站的情況下,類似於理想狀態下驗證「沒有外力矩,物體會處於角動量守恆」。
航天員上半身向左轉動時,按照角動量守衡的原則,下半身就會向右轉。
另一個動作是航天員伸展身體的時候,因為品質分布得離旋轉軸比較遠,轉動慣性比較大,所以角速度就減慢,通俗地說就是轉得慢了。
而當把四肢收回時,轉動慣性小,角速度就會增加,直觀感受就是轉動速度變快了。
02、浮力消失實驗
在很多科幻電影中都曾出現過這樣的鏡頭:一旦重力消失,浮力也就沒了,人們在游泳的時候都會變得更艱難。
太空老師王亞平所開展的浮力消失實驗,展現的就是這一現象。
這項實驗所展現的是浮力和重力伴生的現象。浮力來源於重力引起的液體在不同深度的壓強差。當重力消失時,液體內部壓強相同,浮力也就消失了。
不過地球表面難以讓浮力消失,這個試驗很難直觀地展示出來。
在空間站的微重力條件下,浮力和重力之間的伴生關係就可以非常清楚地顯現。
03、水球光學實驗
航天員葉光富所展示的太空水球光學實驗,則同時展現了三個物理原理。
當航天員往水球中打入一個氣泡,因為在太空中浮力已經消失了,所以氣泡不會向上飄,而是老老實實待在水球中,水球因此被氣泡變為了兩部分,中間是空氣,氣泡周圍是水。
這個時候整個水球就變成了兩個透鏡,外圈成為了一個凸透鏡,所以呈現出一個倒立的像,內圈相當於變成了兩個凹透鏡的組合,這個時候又出現了一個正立的像。
因此可以在水球中同時看到一正一倒的兩個像。
這項實驗其實體現了三個物理現象,首先就是在失重環境下,水滴會在表面張力的作用下收縮成一個接近完美球體的水球,而在地面上,因為受重力影響,水滴呈現為水滴形,幾乎不可能獲得一個完美的水球。
其次,就是這個水球可以被看成是一個凸透鏡,如果你站在這個凸透鏡的兩倍焦距以外,就看到的就是一個倒立的實像。
最後,就是在水球中打入一個氣泡,因為太空中浮力消失,這個氣泡不會飄出來,它就老老實實的待在裡邊。
這個實驗在地面上其實可以通過玻璃去模擬,但是肯定沒有水球呈現的效果好。
04、泡騰片實驗
航天員所進行的泡騰片實驗,是本次太空授課中的一項趣味性實驗。
在地面環境中,將泡騰片扔進水球里,就能看到氣泡上浮,可在中國空間站的失重環境中,因為浮力的消失,泡騰片扔進水中的產生的氣泡不再上浮,而是相互擠壓,最後就會形成一個很有意思的樣子,這個水球也會被氣泡撐得更大,就能看到水球一點點膨脹的效果。
因為空間站和地面最大的不同就是空間站是微重力環境,但是微重力環境對常人而言只是一個名詞,通過這些實驗大家就能夠知道微重力環境下,許多物理現象和地面環境有所不同了。
這些實驗中,哪個最讓你印象深刻? 你也想試試嗎(有機會的話)?
留言徵集:大家最想在太空中干點啥?在留言處和大家一起交流一下吧~