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专家解读太空授课5个实验(组图)

2013年06月21日07:38 | 我来说两句(人参与) | 保存到博客
专家解读太空授课5个实验
专家解读太空授课5个实验
专家解读太空授课5个实验
专家解读太空授课5个实验
专家解读太空授课5个实验

  实验一 质量测量

  实验过程:两支完全一样的弹簧,分别固定了两个不同质量的物体。随后,用天宫一号的“质量测量仪”,聂海胜把自己固定在支架一端,王亚平轻轻拉开支架,放手,支架在弹簧的作用下回复原位。LED屏显示出聂海胜的质量:74公斤。

  专家解读:实验生动地说明了牛顿第二定律的原理“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。”这是在一切惯性空间内普遍适用的基本物理定律,不因物体的引力环境、运动速度而改变,因此在太空和地面都成立。

  在绕地球高速运动的飞船里,地球引力被飞船的离心力所平衡,飞船内部不再有地球引力的影响,也就没了重量,因此弹簧秤没有读数。“质量测量仪”直接运用了牛顿第二定律,利用作用力和物体加速度的关系确定物体质量。这个原理在航天活动中被广泛应用。例如,航天器的燃料消耗一段时间后,总质量会发生变化,可能影响轨道控制的精确度。这时就可以开启推力器并同时测量航天器的加速度,从而计算出航天器的质量。

  实验二 单摆运动

  实验过程:T形支架上细绳拴着一颗小钢球。这是物理课常见的实验装置单摆。王亚平把小球拉升到一定高度后放手,小球并没有像在地面那样往复摆动,而是悬停在了半空中。王亚平用手轻推小球,小球开始绕着T形支架的轴心做圆周运动。

  专家解读:实验中小球的运动是太空失重现象导致的。在地面上,一旦松手,在重力作用下小球会向下运动,而由于被细绳连在支架上,它会被细绳牵着来回摆动。但太空中没有重力,小球只会在原地悬浮。同样因为重力的不同,在太空中轻轻推小球,小球会在细绳的牵引下做圆周运动。而在地面上,需要给小球足够大的初速度,才能使它克服地球重力的阻碍,实现圆周运动。

  失重是空间与地面环境最重要的差别之一。它虽然给飞行生活带来很多有趣的体验,但也会妨碍航天员在舱内的操作,同时对航天员的心血管系统和肌肉、骨骼系统带来不利影响。针对这个问题,航天医学专家研究出很多医学防护措施,航天员也会在航天器中通过主动锻炼来增强心血管和肌肉功能。

  实验三 陀螺运动

  实验过程:王亚平取出一个红黄相间的陀螺悬放在空中。用手轻推陀螺顶部,陀螺翻滚着飞向远处。紧接着,她又取出一个一模一样的陀螺,让它旋转起来,悬浮在半空中,再用手轻轻一推,旋转的陀螺不再翻滚,而是保持着固定的轴向向前飞去。

  专家解读:转动的陀螺具有定轴性,定轴性遵守角动量守恒原理在没有外力矩作用的情况下,物体的角动量会保持恒定。航天员瞬时施加的干扰力不能产生持续的力矩,由于角动量守恒,旋转陀螺的旋转轴就不会发生很大改变。而这一点在地面上之所以很难实现,并不是因为角动量守恒定理不成立,而是因为陀螺与地面摩擦产生的干扰力矩等因素改变了陀螺的角动量,使其旋转速度逐渐降低,不能很好地保持旋转方向。

  利用角动量守恒定律可以实现卫星的定向控制。基于陀螺指向稳定性特点制成的陀螺仪,还被用于各种平台的稳定控制。很多轿车上就安装了测量车身纵向和横向摆动的陀螺传感器,可以实现车身稳定度的控制。

  实验四、五 水膜水球

  实验过程:把金属圈插入水袋中,抽出金属圈,形成一个水膜。她接着做了第二个水膜,往水膜上注水,水膜变成一个大水球。再向水球内注入空气,水球内形成两个球形气泡,没有融合到一起。最后注入红色液体把水球变成美丽的“红灯笼”。

  专家解读:两实验均展示了液体表面张力的作用。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。

  太空中的液体处于失重状态,表面张力不仅大显身手,还决定了液体表面的形状。水膜实验中,表面张力使水膜像橡皮膜一样搭在金属环里,并且比地面上形成的水膜面积更大、存在时间更长。又由于无重力影响,航天员向水膜上不断注水时,这些水就能够均匀分布在水膜周围,逐渐形成水球。

  液体表面张力在航天中有重要应用,比如改善失重环境下航天器推进剂贮箱中的液体燃料界面和气体界面稳定问题。

  (综合新华社和本报记者王柏玲报道)

  作者:王柏玲来源新华社)
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