易坊好文馆

  1. 首页 > 玩科技 >

流体|“天宫课堂”第二课干货满满

3月23日下午 ， “天宫课堂”第二课在中国空间站开讲 ， 神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富相互配合进行授课 ， 在轨演示了太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验、太空抛物实验等一系列炫酷又好玩的实验 。
不仅好玩 ， 这些实验背后 ， 藏着不少干货 ， 来听专家们怎么解读——
太空“冰雪”实验
在太空“冰雪”实验中 ， 王亚平在空间站上用溶液制作了一颗“冰球” 。
太空“冰雪”实验实际上是空间站里的无水醋酸钠实验 。 这种实验在太空做和在地面做有什么不同？
中科院物理研究所研究员、物理学会科普工作委员会主任魏红祥解释 ， 区别主要有两点 。
“首先是重力的环境 ， 在空间站是微重力环境 ， 在这种环境下 ， 它的结晶状况跟地面上差别还是挺大的 。 ” 魏红祥说 。
其次就是容器的影响 。 空间站里的太空“冰雪”实验是没有容器的 ， 是一个圆球状的 ， 在这种情况下结晶是可以往外发展的；如果在容器里面 ， 由于容器的限制 ， 它只能往内结晶 。
“在咱们空间站里面就有无容器的材料柜 ， 其实容器对材料的生长影响还是挺大的 ， 因为在材料生长的过程中 ， 容器的形状、表面的结晶度、表面的粗糙度 ， 对晶格结构、缺陷、纯度等都有很大影响 。 ” 魏红祥说 。
液桥演示实验
在天宫课堂的液桥演示实验中 ， 水在表面张力作用下 ， 在两个塑料板之间搭起一座“桥” 。
“太空授课的液桥实验非常生动直观地展现出液体表面张力的特性 。 ”北京市第十三中学教师、天宫课堂地面主课堂授课老师李晓彤说 ， 在地面上没有办法做出像天宫课堂上这么大的液桥 。
没错 ， 空间站上的液桥实验 ， 跟地面上的液桥实验也有不同之处 。
天宫课堂授课专家组成员、北京交通大学副教授陈征解释说 ， 空间站上的液桥实验是完全的表面张力的表现 ， 而地面上的液桥实验是引入了电介质极化新机制 ， 现象虽然看起来相似 ， 但其实原理并不相同 。
“流体在现代生活当中其实是一个非常重要的组成部分 。 我们通过这样一个表面张力的实验 ， 给大家更多关注和探讨流体的机会 ， 对流体多一些理解 。 要知道 ， 解释流体的纳维尔·斯托克斯方程至今还是世界六大未解数学难题之一 。 ”陈征说 。
“微重力流体物理实际属于流体物理的一个新兴学科 。 ”中国科学院力学研究所研究员康琦介绍 ， 在空间站上做液桥实验就是微重力流体研究范畴 ， 中国空间站核心舱布局了十几个实验柜 ， 其中两个实验柜专门聚焦微重力流体科学 。
太空抛物实验
这次的天宫课堂上 ， 北京奥运会顶流“冰墩墩”也高调亮相 。 它在空间站上被航天员抛出后 ， 并没有像在地面上那样做曲线运动 ， 而是水平飞出去了 。
这个不难理解 ， 毕竟在空间站微重力环境下 ， 物体几乎不受重力影响嘛 。 不过 ， 这么简单的实验为什么要拿到空间站上去做呢？
“平抛运动在我们生活当中很常见 ， 它看似简单 ， 但其中蕴含着非常丰富的科学道理 。 ”天宫课堂地面总课堂授课老师、北京师范大学第二附属中学物理教师张健说 。
张健介绍 ， 平抛运动指的是在不计空气阻力的情况下 ， 将物体以水平初速度抛出后 ， 它在重力作用下的运动 。
不妨来做这样的思想实验：如果我们在高山上做平抛实验 ， 把物体抛出 ， 它将落向地面；如果将物体抛出的速度变大 ， 它将会落向更远的地方 。 那么 ， 如果抛出的速度足够大 ， 它有没有可能不落回地面 ， 而成为环绕地球的一颗卫星呢？
“这个想法最早是由牛顿提出的 ， 所以我们也把这个实验叫作牛顿的‘高山大炮实验’ 。 ” 张健介绍 ， 利用中学物理知识就可以把这个“足够大”的速度计算出来：大约8000米/秒 。
“这个速度称为第一宇宙速度 ， 它是发射卫星的最小发射速度 ， 也是在轨运行的所有卫星当中最大的环绕速度 。 我们的空间站运行速度接近第一宇宙速度 。 ”张健说 。
【流体|“天宫课堂”第二课干货满满】（科技日报北京3月23日电）

    推荐阅读


    上一篇：天宫课堂|专家解读“天宫课堂”第二课：太空实验背后的奥秘

    下一篇：能力|科学梦张力无限