2021年12月9日15点40分|间隔8年,回顾中国航天员两次“太空授课”的实验和知识点

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
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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
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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
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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
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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
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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 。