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            3月23日下午,“天宮課堂”第二課在中國空間站開講,神舟十三號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富相互配合進行授課,在軌演示了太空“冰雪”實驗、液橋演示實驗、水油分離實驗、太空拋物實驗等一系列炫酷又好玩的實驗。

            “天宮課堂”第二課干貨滿滿

            3月23日,“天宮課堂”第二課開講,地面主課堂中國科技館內的學生在聽講。新華社記者 郭中正 攝

            不僅好玩,這些實驗背后,藏著不少干貨,來聽專家們怎么解讀——

            太空“冰雪”實驗

            在太空“冰雪”實驗中,王亞平在空間站上用溶液制作了一顆“冰球”。

            太空“冰雪”實驗實際上是空間站里的無水醋酸鈉實驗。這種實驗在太空做和在地面做有什么不同?

            中科院物理研究所研究員、物理學會科普工作委員會主任魏紅祥解釋,區別主要有兩點。

            “首先是重力的環境,在空間站是微重力環境,在這種環境下,它的結晶狀況跟地面上差別還是挺大的。” 魏紅祥說。

            其次就是容器的影響??臻g站里的太空“冰雪”實驗是沒有容器的,是一個圓球狀的,在這種情況下結晶是可以往外發展的;如果在容器里面,由于容器的限制,它只能往內結晶。

            “在咱們空間站里面就有無容器的材料柜,其實容器對材料的生長影響還是挺大的,因為在材料生長的過程中,容器的形狀、表面的結晶度、表面的粗糙度,對晶格結構、缺陷、純度等都有很大影響。” 魏紅祥說。

            液橋演示實驗

            “天宮課堂”第二課干貨滿滿

            3月23日,在新疆烏魯木齊市第七十中學,學生觀看王亞平在“天宮課堂”上進行液橋演示實驗。新華社記者 丁磊 攝

            在天宮課堂的液橋演示實驗中,水在表面張力作用下,在兩個塑料板之間搭起一座“橋”。

            “太空授課的液橋實驗非常生動直觀地展現出液體表面張力的特性。”北京市第十三中學教師、天宮課堂地面主課堂授課老師李曉彤說,在地面上沒有辦法做出像天宮課堂上這么大的液橋。

            沒錯,空間站上的液橋實驗,跟地面上的液橋實驗也有不同之處。

            天宮課堂授課專家組成員、北京交通大學副教授陳征解釋說,空間站上的液橋實驗是完全的表面張力的表現,而地面上的液橋實驗是引入了電介質極化新機制,現象雖然看起來相似,但其實原理并不相同。

            “流體在現代生活當中其實是一個非常重要的組成部分。我們通過這樣一個表面張力的實驗,給大家更多關注和探討流體的機會,對流體多一些理解。要知道,解釋流體的納維爾·斯托克斯方程至今還是世界六大未解數學難題之一。”陳征說。

            “微重力流體物理實際屬于流體物理的一個新興學科。”中國科學院力學研究所研究員康琦介紹,在空間站上做液橋實驗就是微重力流體研究范疇,中國空間站核心艙布局了十幾個實驗柜,其中兩個實驗柜專門聚焦微重力流體科學。

            太空拋物實驗

            “天宮課堂”第二課干貨滿滿

            3月23日,在新疆烏魯木齊市第七十中學,學生收看“天宮課堂”第二課的同時進行拋物實驗。新華社記者 丁磊 攝

            這次的天宮課堂上,北京奧運會頂流“冰墩墩”也高調亮相。它在空間站上被航天員拋出后,并沒有像在地面上那樣做曲線運動,而是水平飛出去了。

            這個不難理解,畢竟在空間站微重力環境下,物體幾乎不受重力影響嘛。不過,這么簡單的實驗為什么要拿到空間站上去做呢?

            “平拋運動在我們生活當中很常見,它看似簡單,但其中蘊含著非常豐富的科學道理。”天宮課堂地面總課堂授課老師、北京師范大學第二附屬中學物理教師張健說。

            張健介紹,平拋運動指的是在不計空氣阻力的情況下,將物體以水平初速度拋出后,它在重力作用下的運動。

            不妨來做這樣的思想實驗:如果我們在高山上做平拋實驗,把物體拋出,它將落向地面;如果將物體拋出的速度變大,它將會落向更遠的地方。那么,如果拋出的速度足夠大,它有沒有可能不落回地面,而成為環繞地球的一顆衛星呢?

            “這個想法最早是由牛頓提出的,所以我們也把這個實驗叫作牛頓的‘高山大炮實驗’。” 張健介紹,利用中學物理知識就可以把這個“足夠大”的速度計算出來:大約8000米/秒。

            “這個速度稱為第一宇宙速度,它是發射衛星的最小發射速度,也是在軌運行的所有衛星當中最大的環繞速度。我們的空間站運行速度接近第一宇宙速度。”張健說。

            責任編輯:莊婷婷

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