太空授课：悬空打坐PK大力神功
发布时间:2021-11-14 | 发布者： 东东工作室 | 浏览次数： 次
航天员聂海胜在演示悬空打坐。 新华社发（视频截图）
实验 1
实验 2
实验3
实验4
实验5
10时04分、05分、06分……中国载人航天史上的第一堂太空授课进入倒计时。10时11分，北京航天飞行控制中心报告，已建立与航天员的双向通信链路。
“我是王亚平，本次授课由我来主讲。”随着这一句来自天宫的问候，中国首位太空老师王亚平轻轻一跃，向天宫一号舱内的摄像机镜头缓缓飘来。有史以来内容最神奇、教室最高远、观众最庞大的一课，开始了。神十飞天任务，也随着神十乘组的太空授课，达到高潮。从十余天前的期盼，到穿着蓝色舱内工作服的3名航天员亮相，世界第二堂、中国第一堂太空授课会讲什么？“地面课堂”北京人大附中的300余名同学睁大了双眼，全国8万余所中学的6000余万名师生同步收听收看。没等大家平复兴奋的心情，指令长聂海胜先展示起了“绝技”。
“我来个悬空打坐吧！”只见聂海胜轻盈地在半空中盘起了腿，好似有神功。“那我来一个大力神功吧！”王亚平用手指轻轻一推，聂海胜摇晃地飘出很远，“地面课堂”响起了笑声和掌声。
轻松拉开大幕之后，王亚平变起了一出出戏法，圆周运动的单摆、不变轴向的陀螺、晶莹剔透的水膜、红扑扑的水球，中国第一堂太空授课在趣味与惊奇中完美展现。
实验 1
打开“箱子”测质量
悬空打坐、大力神功，这两招专属武林高手们的“功夫”，经过3名航天员在太空的演绎，引来了同学们的阵阵喝彩。航天员表演之后给同学们提出了疑问：在地面上，人们一般用天平、台秤等测量物体受到的重力，从而计算物体的质量。那么，失重环境下该如何测质量呢？
天宫一号上配备有质量测量仪，这个质量测量仪就是设置在天宫一号舱壁的一个支架形状的装置，看上去像飞船舱壁上的一个箱子。拉开“箱子”后，聂海胜把自己固定在支架一端，王亚平轻轻拉开支架，一放手，支架便在弹簧的作用下回复原位。装置上的LED屏上显示出数字：74.0，这表示聂海胜的实测质量是74千克。
在给同学们解释了应用原理之后，王亚平还给同学们布置了一道课后思考题：除了运用牛顿第二定律，还有什么办法可以在失重环境下测量物体的质量呢？
解读人：地面课堂主持人之一、北京人大附中物理老师宓奇
【解读】在地面上，弹簧秤提供的弹力跟重力是平衡的，不同质量的物体挂在弹簧秤上，弹簧的伸长不一样，即重量是不一样的。在太空，因为微重力环境，两个不同质量的物体在弹簧秤上，两个弹簧指标是平齐的。因为没有重量的概念，弹簧秤就没有读数。
天宫一号里的“质量测量仪”，运用了牛顿第二定律，即物体加速度的大小跟物体受到的作用力成正比，跟物体的质量成反比，这一定律在太空和地面都是成立的。
据了解，这个原理在航天活动中比较常用。例如，航天器在运行中会耗损，质量会发生变化，就影响轨道控制的精确度。这时，可开启推力器，并同时测量航天器的加速度，从而准确掌握航天器的质量。
实验 2
神奇单摆做圆周运动
物理课上常见的实验装置单摆受力后是左右摇摆还是圆周运动？这个稍有物理常识的人都很容易回答的问题，放在太空就变得超乎想象了。
在第二个实验中，T形支架上，细绳拴着一颗明黄色的小钢球，这就是物理课上常见的单摆。王亚平把小球轻轻拉升到一定位置放手，小球并没有出现地面上常见的往复摆动，而是停在了半空中,拴小球的细线呈弯曲状静止，将其拉高后，结果并没有发生变化。
接下来，王亚平用手指沿切线方向轻推小球，小球就开始绕着T形支架的轴心做圆周运动，即使中心轴的角度发生改变，小球也仍然做同样的运动。而同样的动作在地面对比试验中，就需要施加足够的力，给小球一个较大的初速度，才能使它绕轴旋转。
【解读】小球单摆是一个经典的运动模型。在地面上，小球单摆具有等时性，比如摆钟。在太空中，由于小球失重，只剩下一个绳子的拉力，理论上说，单摆上的小球无论放在哪个位置都不会动，小球会飘浮在空中。
但在实验中看到，小球提高到一个位置时，发生了晃动。即在太空中，如果给了小球一点初速度，小球就能在绳子的牵引下做圆周运动，如果摩擦小，这种圆周运动是匀速的。据了解，太空中的一个小动作，甚至呼吸，天宫一号设备的运转都可能造成小球运动。
实验3
陀螺轴向不变向前飞
为了证实高速旋转的陀螺在太空失重条件下的定轴特性，王亚平取出一个红黄相间的陀螺，把它静止悬放在空中。用手轻推陀螺顶部，陀螺翻滚着飞向远处，轴向也发生了改变，期间，聂海胜也对陀螺进行干扰。
紧接着，王亚平取出一个一模一样的陀螺，通过道具让它旋转起来并悬浮在半空中，这时候再用手轻轻一推，旋转的陀螺只是轻晃一下，并不翻滚，而只是保持着固定的轴向，向前飞去。
【解读】旋转的陀螺体现出很好的定轴性，定轴性遵守角动量守恒原理，即在没有外力矩作用的情况下，物体的角动量会保持恒定。据了解，现实生活中有很多体现，比如子弹从枪膛里出来时高速旋转，这样保持稳定性和准确性。不论在太空还是在地球，都遵守角动量守恒原理。
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