科技日报记者 唐芳
北京时间2021年12月9日15时40分，“天宫课堂”第一课正式开讲，时隔8年之后，中国航天员再次进行太空授课。
“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站为广大青少年带来了一场精彩的太空科普课，这是中国空间站首次太空授课活动。
在约60分钟的授课中，三位航天员展示了太空细胞、太空转身、浮力消失、水膜张力、水球光学、水中泡腾片等6个太空科学实验。这些奇妙的实验背后有着什么样的科学原理，一起来看看吧！
实验一：太空细胞——空间站实验展示
细胞在失重环境下生长得好吗？当然好！正如航天员王亚平在课堂上所说，细胞在太空中很神奇，甚至能看到它在跳动。
在此次太空授课中王亚平太空实验，航天员叶光富为大家展示了太空中细胞的神奇变化。记者在现场看到，心肌细胞在荧光显微镜下闪闪发光，还做起了收缩运动。太空授课科普专家组成员、北京交通大学物理国家级实验教学示范中心副教授陈征解释说，这是微重力环境下活的心肌细胞因为生物电脉冲而产生的明暗闪烁。
实验二：太空转身——角动量守恒原理
究竟怎样完成太空转身？航天员叶光富漂浮着尝试了吹气、游泳等方法后均无果，但当他右手不断地划着圈并且越划越快时，他在太空成功转身。
“叶光富的太空转身体现的是角动量守恒原理。”陈征解释说，空间站处于微重力环境，人人身轻如燕，但同时也失去了地面摩擦力提供的向前的动力，因此人不但不会比在地面上走路更轻松，反而会寸步难行。
他解释道，太空转身实验的核心关键词叫做角动量。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王亚平太空实验，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。讲课中，航天员就是通过右手划圈实现转身。
实验三：浮力消失——浮力与重力伴生
乒乓球在太空里会浮在水面上吗？王亚平在“天宫课堂”上，将乒乓球放在盛有水的杯子中，轻轻用吸管一压，失重环境下，会发生什么有趣的事情？
只见乒乓球停留在了水中，不能浮起来。乒乓球在微重力环境下“浮力消失”，陈征说，微重力条件下，液体内部压强处处相等，因而也就不再有上下表面压强差而产生的浮力。“重力和浮力相伴而生，正是地球上的重力使得乒乓球能够浮于水面。”
实验四：水膜张力——液体表面张力
在翟志刚、叶光富的辅助下，航天员王亚平把一个金属圈插入饮用水袋中，慢慢抽出金属圈，形成了一个水膜。接着，她往水膜表面贴上一片和女儿一起完成的花朵折纸。在水膜试验中，这朵花在太空中“绽放”。
“在微重力环境下，表面张力很大的水也能够延展成水膜而不像地面上不要加入表面活性剂，贴在水膜上的花朵也因为表面张力而展开。”陈征说。
那么什么是液体表面张力？清华大学航天学院副教授王兆魁曾介绍，受到内部分子的吸引，液体表面分子有被拉入内部的趋势，导致表面就像一张绷紧的橡皮膜，这种促使液体表面收缩的绷紧的力，就是表面张力。
实验五：水球光学——同样是液体表面张力
王亚平接着用饮水袋往水膜上注水，利用液体表面张力，水膜很快变成一个亮晶晶的大水球。叶光富立即向水球内注入空气，水球内形成一个球形气泡。神奇的事情发生了，水球产生了双重成像，中间和外部一个是正像一个是倒像。这是为什么呢？
陈征解释道，重力影响极小时，水在表面张力作用下形成近乎完美的球形，可以像凸透镜那样成像。在加入气泡后，悬在水球中的气泡又把水球分成了中心和周围两部分，中心部分变成两个凹透镜的组合而成一个正立虚像，周围部分仍是凸透镜形成倒立实像。
实验六：泡腾片实验——浮力消失
泡腾片遇到水之后会产生很多气泡，那么在太空，泡腾片与水球相遇会发生什么变化？
在今天的“天宫课堂”第一课上，太空教师王亚平就做了这样一个实验。只见泡腾片在水球里不断冒泡，但在失重环境下，气泡虽然不断产生，但并没有离开水球。而随着气泡不断增多，水球逐渐变成了一个充满欢乐的“气泡球”，而且产生了阵阵香气。
对此，陈征解释说，地球上有浮力，所以水中泡腾片的气泡会向上跑。在太空中，水里的泡腾片产生的气泡因为没有浮力而停留在水球中，让水球变得色彩斑斓。
———END———
限 时 特 惠：本站每日持续更新海量各大内部创业教程，一年会员只需128元，全站资源免费下载点击查看详情
站 长 微 信：jiumai99