地面|“天宫课堂”第二课在轨演示4个实验
3月23日下午 ， “天宫课堂”第二课在中国空间站正式开讲 。 在约45分钟的授课中 ， 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 ， 深入浅出讲解实验现象背后的科学原理 ， 同时展示了部分空间科学设施 ， 介绍了在空间站的工作生活情况 。 授课期间 ， 航天员通过视频通话形式与地面课堂师生进行了互动交流 。 此次太空授课 ， 在中国科技馆设地面主课堂 ， 在西藏拉萨、新疆乌鲁木齐设2个地面分课堂 。
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3月23日 ， “天宫课堂”第二课开讲 ， 神舟十三号飞行乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站进行太空授课 。 这是地面主课堂中国科技馆内的学生在听讲 。 新华社采访人员 郭中正 摄
●太空“冰雪”实验
【地面|“天宫课堂”第二课在轨演示4个实验】温热的“冰球”
取出装有过饱和醋酸钠溶液的水袋 ， 再进行轻轻挤压 ， 一颗有水泡的液体球慢慢从管口“跑”了出来 ， 并悬停在空间站舱内 。 随即用沾有粉末的小棒触碰液体球后 ， 带水泡的液体球开始“结冰” 。 在太空“冰雪”实验中 ， 王亚平为大家演示了这一神奇的物理现象 。
中国科技馆科普讲师团副团长 ， 太空授课科普专家组成员陈征告诉采访人员 ， 用白醋和小苏打就能够制备出这种叫醋酸钠的材料 ， 这种物质的特点是 ， 它在温度较高水中的溶解度非常大 ， 很容易形成过饱和溶液 。 “但结晶还需要一个条件 ， 需要一个凝结核 ， 类似一个小的扰动或者一个小的缺陷 ， 来打破它的稳定状 ， 这个时候结晶才能开始 。 ”
沾有粉末的小棒就充当了凝结核的角色 ， 而小晶体也开始迅速凝结 ， 并且带着水分子一起结晶 ， 形成水合醋酸钠的晶体 ， 同时还会释放出大量热量 。 “实际上 ， 你要是加热 ， 它还可以重新变回液体 。 ”陈征说 ， 这也是个无容器的实验 ， 结晶过程不会受到容器边界的干扰 。
●水油分离实验
“分不开”的水和油
在水油分离实验这个项目上 ， 王亚平手中拿了一个装有两种液体的瓶子 ， 沉在底下的是透明的饮用水 ， 而浮在上面的是一种黄色的食用油 。 一般情况下 ， 因为水的密度大于食用油 ， 所以在地面当两种液体混合之后 ， 油会浮在水上面 ， 形成稳定的分层现象 。 即使经过摇晃 ， 但静置片刻后 ， 水和油两种液体还是会进行分层 。
但在太空中却不同 。 经过摇晃后 ， 王亚平手中小瓶里的水油混在了一起 ， 水和油并没有自然分层 。 陈征解释 ， 因为在太空中是没有重力和浮力的 ， 所以当你摇晃瓶子后 ， 油就变成了小油滴 ， 均匀分散在水里边 ， 而且分散之后 ， 就不会分开了 。 所以在太空中 ， 需要人造一个重力把它甩起来 ， 这个其实就是离心机的工作原理 。
陈征说 ， 在太空中 ， 水油不分离的现象也会带来优势 ， 比如制造合金 。 “在地面上 ， 当我们把不同的金属熔化后进行混合 ， 各种金属的密度不一样 ， 就会出现重的往下跑 ， 轻的往上跑这种现象 。 但在太空微重力环境里 ， 合金就能混合得更均匀 。 ”
●液桥演示实验
“拉不断”的液桥
液桥是连接着两个固体表面之间的一段液体 。 在液桥演示实验中 ， 王亚平手持两片透明的塑料板 ， 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” 。 神奇的是 ， 随后王亚平双手将塑料板轻轻拉扯 ， “桥”依旧也没断开 。
“液桥是研究流体的一个基本实验 ， 因为在太空中没有重力 ， 所以你拿两个固体 ， 再在上面放上液体 ， 液体本身会附着在固体表面 ， 然后你把两个液体靠近 ， 两个液体便连通起来 ， 在表面张力的作用下 ， 液体两端附着在固体上 ， 然后中间就会拉成一个液体的柱 ， 这就是液桥现象 。 ”陈征说 。
在太空中 ， 液桥演示的实验是可以拿来研究一些液体微流动的性质 。 但由于液体表面张力很弱 ， 在正常的重力环境下 ， 实现液桥现象不太容易 。 因为地面上有重力 ， 重力就会把液体拉得向下坠 。 陈征告诉采访人员 ， 要想在地面上实现这种现象 ， 就需要有一些辅助的手段 ， 比如说通过加高电压这样的方式 。
●太空抛物实验
翻跟斗的“冰墩墩”
在此次太空授课中 ， 顶流“冰墩墩”也亮相太空课堂 。 在太空抛物实验中 ， 王亚平和叶光富依次将“冰墩墩”抛出 ， 它并没有随着抛物线的轨迹 ， 掉落下去 ， 而是沿原有方向匀速前进 。 实际上 ， 这是空间站微重力环境最直观的体现 。
陈征称 ， 在空间站微重力环境中 ， 一个物体在几乎不受外力影响或者外力为零的情况下 ， 它会保持匀速直线运动 ， 但这个实验其背后的物理图像是非常有意思的 。 “我们在地面上看‘冰墩墩’也好 ， 看我们的航天员也好 ， 他们走直线了吗？其实没有 ， 他们也是绕地球做圆周运动 。 空间站上的航天员处在一个围绕地球高速旋转的旋转参照系里 ， 和地面上的惯性参照系是有区别的 。 前者它有一个向心加速度 ， 只不过加速是指向地心的 。 ”
陈征说 ， 当你理解了为什么相同的物理规律在不同的地方却看到了不同的现象 ， 你也就真正学好了物理 。
新京报采访人员 张建林
编辑 樊一婧 校对 贾宁
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