好久不见,冰墩墩去太空做助教了!天宫课堂四个实验详解→

3月23日 , 神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站 , 跨越400公里的距离进行“天地对话” , 讲授“天宫课堂”第二课 。
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这次 , “太空教师”主要在轨演示太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验、太空抛物实验 , 并介绍与展示空间科学设施 。
水球变“冰球”
王亚平“点水成冰”变魔术
首次“天宫课堂”上 , 王亚平利用固水环制作了水膜、水球 , 并开展了一系列实验 。 而在第二堂课上 , 王亚平没有再借助其他器具 , 取出水袋后直接轻轻挤压 , 液体在管口出现结晶 , 经过处理后 , 王亚平再次挤出液体 , 液体球静静地悬停在空间站舱内 。
【好久不见,冰墩墩去太空做助教了!天宫课堂四个实验详解→】接下来 , 奇妙的现象出现了 , 王亚平用蘸有粉末的小棒触碰液体球后 , 它开始“结冰”!
实际上 , 王亚平制作的“水球”成分是过饱和的醋酸钠溶液 。 将饱和醋酸钠溶液加热 , 它便有能力继续溶解更多溶质 , 再将“加料”后的溶液冷却 , 便得到了过饱和醋酸钠溶液 。 此时 , 如果没有新的溶质加入 , 它就会在水袋内稳定保持溶液状态 , 平安度过飞船发射的震动 , 顺利到达中国空间站 。
但溶液并没有表面看起来那样平静 , 只需再加入一点点无水醋酸钠粉末 , “水球”便会从粉末所接触的地方开始结晶 , 结晶过程中还会释放热量 。 因此 , 这个“冰球”其实是个“热球”!
如果在地面进行这项实验 , 过饱和溶液受到容器的限制只能向内结晶 。 而空间站拥有微重力环境 , 溶液不需要容器盛装就能在空中形成溶液球 , 从而观察到不受地球重力影响的材料物性变化 。
在空间站里
用水造一座“桥”
在首次“天宫课堂”时 , 王亚平制作了一张漂亮的水膜 , 还将一朵与女儿一同制作的纸花放置在水膜上 。 在水表面张力的作用下 , 纸花沿着水膜表面慢慢绽放 , 成就了温馨又经典的一幕 。
这次 , 同样是向孩子们展现水的表面张力 , 王亚平手持两片塑料板 , 叶光富向塑料板表面分别挤上水 , 两片塑料板逐渐接近 , 水便在板间连起了一座“桥” , 王亚平将塑料板的距离拉远 , “桥”也没有断开 。 这便是“液桥现象” 。
其实在地面环境下 , 液桥也并不罕见 。 洗手时将两根湿漉漉的手指贴合 , 再缓慢分开一小段距离 , 指间会出现一段小液柱 , 这便是液桥 。 不过 , 由于液体表面张力很弱 , 在正常的重力环境下 , 液桥的尺寸通常难以超过几毫米 。 而在空间站微重力环境下 , 表面张力便能“大显神通” , 可以维持大尺寸的液桥不会垮塌 。
冰墩墩亮相“天宫课堂”
沿着直线“飞”了出去
北京冬奥会吉祥物“冰墩墩”也亮相太空课堂 , 当起了“助教” 。 王亚平将可爱的“冰墩墩”吉祥物抛出 , 它并没有像在地面上一样掉落 , 而是沿着直线“飞”了出去 。
这是空间站微重力环境最直观的体现 , 但如此简单的实验 , 为何一定要带到“天宫课堂”上?天宫课堂地面主课堂授课老师、北京师范大学第二附属中学物理教师张健解释道 , 简单的平抛运动 , 在著名科学家牛顿的脑海里被放大到宇宙尺度 。 既然在地面上抛出物体的速度越快 , 它就能落到更远的地方 , 那如果抛出物体的速度足够大 , 它是否能成为环绕地球的卫星?
这个思想实验也被称为“牛顿的高山大炮实验” , 由它引出的第一宇宙速度等概念 , 成为了发射人造卫星、空间站的重要依据 。

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