八年前的云太空課堂，你在嗎？聽過課的你，現(xiàn)在都在做什么呢？ 作為國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室，也是重要的太空科普教育基地，中國(guó)空間站蘊(yùn)含著得天獨(dú)厚的豐富教育資源。2013年6月20日，神舟十號(hào)航天員王亞平，也就是我國(guó)首位太空教師在神舟十號(hào)航天員聶海勝、張曉光的協(xié)助下為全國(guó)6000余萬中小學(xué)生開設(shè)了一場(chǎng)天地互動(dòng)太空課堂，并進(jìn)行了質(zhì)量測(cè)量、單擺運(yùn)動(dòng)、陀螺實(shí)驗(yàn)、水膜實(shí)驗(yàn)和水球?qū)嶒?yàn)五個(gè)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)。
八年前短短近五十分鐘的一堂課，讓無數(shù)青少年感受到了科技的魅力。榜樣的力量是無窮的，當(dāng)時(shí)觀看直播的高二學(xué)生王楠，就被太空環(huán)境和物理實(shí)驗(yàn)的組合深深吸引，今年她成功圓夢(mèng)，入職航天。 2021年12月9日下午3時(shí)40分左右 我們的太空授課2.0版本正式開啟 依舊是由王亞平老師主講， 神舟十三號(hào)指令長(zhǎng)翟志剛 及航天員葉光富組成的 “感覺良好”乘組參與授課
圖源：央視新聞
1. 航天員在軌工作生活場(chǎng)景展示 在課程的最開始，亞平老師“飄”著帶我們參觀了空間站的內(nèi)部，包括工作區(qū)、生活區(qū)、科學(xué)試驗(yàn)區(qū)、健身訓(xùn)練區(qū)等。 2. 太空細(xì)胞學(xué)研究實(shí)驗(yàn)展示 ? 接著，葉光富老師為我們展示了太空中細(xì)胞的神奇變化。我們可以看到在失重條件下細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育的有關(guān)研究。下圖也可以看到細(xì)胞在跳動(dòng)。
3. 太空轉(zhuǎn)身 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)部分，亞平老師和孩子們做一個(gè)互動(dòng)。讓孩子們嘗試起立向后轉(zhuǎn)再轉(zhuǎn)回來，孩子們完成的極其輕松。但也就是這個(gè)在地面上難度極低的動(dòng)作，在太空中卻難度極大，而且動(dòng)作極其扭曲。 通過葉光富老師的演示我們可以知道，在太空中轉(zhuǎn)身，上半身和下半身會(huì)呈現(xiàn)相反的方向。這其實(shí)中間蘊(yùn)含著一個(gè)物理知識(shí)，叫做角動(dòng)量。 中國(guó)科技館科普講師團(tuán)副團(tuán)長(zhǎng)陳征在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》的采訪中科普道，角動(dòng)量是描述物體轉(zhuǎn)動(dòng)的物理量。這個(gè)試驗(yàn)所展現(xiàn)的是在微重力的環(huán)境中，航天員在不接觸空間站的情況下，類似于理想狀態(tài)下驗(yàn)證“沒有外力矩，物體會(huì)處于角動(dòng)量守恒”。因此，航天員上半身向左轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，按照角動(dòng)量守衡的原則，下半身就會(huì)向右轉(zhuǎn)。 而另一個(gè)動(dòng)作是航天員伸展身體的時(shí)候，因?yàn)橘|(zhì)量分布得離旋轉(zhuǎn)軸比較遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性比較大，所以角速度就減慢，轉(zhuǎn)身的速度就會(huì)隨之而變緩。當(dāng)把四肢收回時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小，角速度就會(huì)增加，這樣轉(zhuǎn)動(dòng)速度就會(huì)變快。王亞平老師還開玩笑地說這個(gè)動(dòng)作很像花樣滑冰比賽的動(dòng)作。
? 這個(gè)實(shí)驗(yàn)既簡(jiǎn)單又直觀，我們都知道，輪船之所以能夠在水面上運(yùn)轉(zhuǎn)是因?yàn)楦×Φ脑颉Ｔ诖瞬糠种校鮼喥嚼蠋熥屚瑢W(xué)們?cè)诘孛嫔嫌每曜訉⑵古仪驂涸谒拢偎砷_手時(shí)乒乓球很快地就會(huì)漂浮回水面上來。但通過葉光富老師的實(shí)驗(yàn)我們可以看到，在空間站中將乒乓球壓在水里，乒乓球是不會(huì)漂浮回水面的。
這是什么原因？ 實(shí)際上，這背后蘊(yùn)含的物理知識(shí)叫做“浮力與重力伴生”。浮力來源于重力引起的液體在不同深度的壓強(qiáng)差。當(dāng)重力消失時(shí)，液體內(nèi)部壓強(qiáng)相同，浮力也就消失了。因此在空間站失重的條件下，浮力也會(huì)因此消失，乒乓球自然也不會(huì)浮上來。水膜張力實(shí)驗(yàn)&水球光學(xué)實(shí)驗(yàn) ? 在這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們來討論的是和“水”有關(guān)的物理現(xiàn)象。
王亞平進(jìn)行水膜實(shí)驗(yàn)
其次，我們剛剛提到，在太空中的浮力是幾乎為零的。陳征介紹稱，當(dāng)航天員往水球中打入一個(gè)氣泡，氣泡不會(huì)向上飄的原因也正是因?yàn)闆]有浮力。我們可以看到，水球被氣泡變?yōu)榱藘刹糠郑瑲馀葜車撬：教靻T的臉被正立和倒立著分別呈現(xiàn)出來。
事實(shí)上，會(huì)出現(xiàn)這種情況的原因是因?yàn)榇藭r(shí)的兩部分水球變成了兩個(gè)透鏡，外圈是凸透鏡，所以呈現(xiàn)出一個(gè)倒立的像，內(nèi)圈相當(dāng)于變成了兩個(gè)凹透鏡的組合，這個(gè)時(shí)候又出現(xiàn)了一個(gè)正立的像。因此可以在水球中同時(shí)看到一正一倒的兩個(gè)像。 泡騰片實(shí)驗(yàn) ? 我們知道，在地球上把一個(gè)泡騰片扔進(jìn)水中，會(huì)出現(xiàn)無數(shù)的小氣泡，這些小氣泡會(huì)接連上浮至水面，而后消失在空氣中。然而，在太空中扔一個(gè)泡騰片進(jìn)水中，卻有著極其不同的結(jié)果。
這種現(xiàn)象來源于太空與地球最大的不同：太空是個(gè)微重力環(huán)境。我們剛剛提到，太空是一個(gè)幾乎沒有浮力的地方，所以，在空間站中將泡騰片扔進(jìn)水中，它所產(chǎn)生的氣泡不會(huì)上浮，而是相互擠壓，水球也會(huì)被氣泡撐得更大，極其漂亮。 天地互動(dòng)交流 ? 在最后的問答環(huán)節(jié)中，來自廣西南寧、四川汶川、香港、澳門、北京的同學(xué)們都對(duì)航天員們提出了自己心中的疑問：如航天員在空間站中是否能像地面上一樣正常行走、航天員睡覺的時(shí)候會(huì)不會(huì)飄起來、會(huì)不會(huì)做夢(mèng)、空間站的水如何解決等等有意思的問題，航天員老師們也一一進(jìn)行了回答。由于問題很多，有興趣的讀者們可以點(diǎn)進(jìn)視頻看看答案。
“飛天夢(mèng)永不失重，科學(xué)夢(mèng)張力無限！” 相比8年前來說，我們的科技、天地通訊設(shè)備等都有了極大地提升。對(duì)于青少年的科技科普依舊重中之重。中國(guó)航天夢(mèng)想的種子正在星際間不斷播撒，也期待有越來越多的少年加入到中國(guó)航空航天事業(yè)的建設(shè)中來。少年強(qiáng)，則國(guó)強(qiáng)！ |
