王亞平張嘴把飄浮在空中的水滴吃進去。
王亞平把中國結貼到水膜的表面。
王亞平用注射器向水球中注入顏色。
航天員用吸水紙將水球回收。(新華社發)
神十航天員太空授課如變魔術
為我國載人航天史上首次,王亞平演示水膜變水球
據新華社6月20日電 「大家好!我是王亞平,本次授課由我主講。」當神舟十號女航天員王亞平從距離地球300多公裡的太空中傳來熟悉的問候時,作為太空授課的「地面課堂」中國人大附中報告廳裡發出熱烈掌聲。中國首次太空授課活動20日上午成功舉行。
在天宮一號實驗艙裡,指令長聶海勝當起了「助教」,負責配合「主講」管理教具,維護課堂秩序。航天員張曉光擔任攝像師,他先用束縛帶把自己固定在艙壁上,再用手持攝像機保持長時間穩定拍攝,才能把精彩圖像傳回地面課堂。
在大約40分鐘的授課中,航天員通過質量測量、單擺運動、陀螺運動、水膜和水球等基礎物理實驗,展示了失重環境下物體運動特性、液體表面張力特性等物理現象。
在聶海勝演示失重環境下的「懸空打坐」、「大力神功」後,王亞平開始了第一個演示實驗太空中如何稱重。
王老師的講解風趣也讓課堂笑聲不斷。「如果詩仙李白在天宮裡生活,大概就寫不出「飛流直下三千尺」的名句了,因為,在太空失重環境,水是不會自己流出來的。」
當天,全國8萬餘所中學6000餘萬名師生通過電視直播同步收看。
這也是全球第二次太空授課,美國航天員芭芭拉·摩根於2007年8月14日進行了全球首次太空授課。
至此,神十航天員已在軌飛行接近9天。
1 10:17:36 太空稱重牛頓第二定律王亞平展示兩個完全一樣的彈簧,分別固定了兩個質量不同的物體。在太空失重環境下,兩個彈簧平衡在同一位置,無法測量物體的質量。據悉,目前只有美、俄擁有各自獨立研製的「稱重儀」。
隨後,王亞平展示了太空中用於測量質量的「質量測量儀(太空秤)」。「太空秤」外觀看上去像飛船艙壁上的一個箱子,使用時拉開它,航天員坐在杆子上,利用四肢鉤住支架,然後機械產生外力拉動航天員,電子儀器測出加速度,最後直接計算體重。通過該方法,測出聶海勝的體重為74千克。
地面解讀:王亞平用傳感器測量出自己對聶海勝的拉力,再用光柵測速器測量出加速度,然後用牛頓第二定律(物體加速度的大小跟物體受到的作用力成正比,跟物體的質量成反比),計算出聶海勝的體重。
2 10:22:33 單擺運動太空失重王亞平展示了一個支架,細繩將小球連接在支架上,形成了一個我們地面上常見的單擺。並將小球拉起,但小球並沒有像在地面上一樣做往復擺動,再把小球提高一點,鬆手,它還是沒有做往復擺動,因為在太空中小球處於失重狀態,沒有了回復力,所以不能像在地面上一樣做往復擺動。
接下來王亞平推了小球一下,小球竟然在做圓周運動!再換個方向演示,小球仍然在做圓周運動!而在地面上的小球卻在施力後無節奏擺動,最終垂直靜止。
地面解讀:地球上的單擺在擺到最高時需克服地球重力,因此施加一個很大的力量實現單擺轉一圈。太空中沒有重力,所以施加一個很小的初始力量,就可以實現單擺做圓周運動。當然,這樣的圓周運動會停下來,因為繩子和球之間也存在摩擦力。失重是空間與地面環境最重要的差別之一,它對航天員心血管系統和肌肉、骨骼系統有不利影響。
3 10:27:14 陀螺運動角動量守恆王亞平將靜止的陀螺輕放在空中,對它施幹擾力。這時,陀螺翻滾著向前運動,軸向發生改變。期間,聶海勝也對它進行幹擾。隨後,王亞平將陀螺收回,利用道具使其開始旋轉。當旋轉的陀螺被放在空中,並施力幹擾時,它並不翻滾,雖然晃動但軸向並未改變。
地面解讀:轉動的陀螺具有定軸性,定軸性遵守角動量守恆原理在沒有外力矩作用下(失重),物體的角動量會保持恆定。利用此定律,可實現衛星定向控制。在地面,陀螺旋轉時保持動態平衡,受外力後,陀螺軸心不穩,碰到地面,地面給它一個反彈力,陀螺不久便停了。
4 10:30:15 製作水膜水球液體表面張力王亞平又展示了一個在太空中喝水用的飲水袋並打開,如在地面,水肯定是會流下來的。但在太空失重環境下,水是不會自己流出來的。王亞平拿出一個金屬圈,把水袋打開,把金屬圈慢慢放到水袋裡,輕輕拉出來,做成了一個漂亮的水膜。為了驗證這個水膜是否結實,王亞平先是輕輕地晃動它,它並沒有破裂。
接著王亞平做了第二個個水膜,並一點點地往水膜上加水,水膜在一點點變厚,最終變成了一個大水球。隨後王亞平用注射器往水球中間注入了兩個氣泡。這兩個氣泡並沒有融合到一起,而是單獨地存在著。接下來,王亞平又把紅色的液體慢慢注入到水球中,紅色的液體在水球中慢慢地散開,透明的水球變成一個紅色水球。
地面解讀:液體表面張力在地球上也可顯現,但受重力作用,表現不明顯。太空中沒有重力,水分子切面上只有一個液體表面張力的作用,切開水泡沒有重力,切口就不會擴張,大泡泡就不會破裂,於是就出現了在大泡泡裡面吹出小泡泡的現象。(據新華社6月20日電 )