学物理？你咋不上天呢！ | 线上科学日

期待了整整一个星期

昨天的正经玩专栏

竟然没有看到小茹师妹

但是没有小茹师妹又怎样？

没有小茹师妹就不学物理了吗？

开！玩！笑！

今天我们不仅要学物理

还要上天学物理！

相信大家应该猜到我说的是什么了

2013年6月20日

神舟十号的三名航天员

在天宫一号上

进行了世界第二次、中国第一次的太空授课

明天4月24日是第二个中国航天日

在航天日即将到来之际

今天的线上科学日

我们就带大家共同回顾

这次载入史册的太空课堂

如果你当年没有看到直播

那就抓紧时间好好补课啦

在太空授课正式开始之前

地面上的老师先为大家解释了一个问题：

太空中的宇航员为什么会呈现失重状态？

其实这并不是因为在太空中

宇航员受到的万有引力就消失了

事实上根据万有引力定律的计算

天宫一号中的宇航员受到的万有引力的大小

仅仅比在地面上减小了9.9%

宇航员们之所以会失重漂在空中

是因为天宫一号绕地球圆周运动时

有一个向心加速度

因此天宫一号不是一个惯性参考系

所以在以天宫一号为参考系

来分析宇航员的受力时

除了受到的万有引力

还要考虑非惯性参考系带来的虚拟的“惯性力”

这个“惯性力”的方向

与参考系相对于惯性系的加速度的方向相反

大小等于物体的质量×参考系相对于惯性系的加速度

因此它与万有引力等大反向

所以宇航员就处于失重状态漂在空中

紧接着我们的宇航员就惊艳亮相啦

上来就给我们表演了一个“太空打坐”

和“大力金刚指”

第一个实验是质量的测量

在地面上测质量

无论是托盘天平还是电子秤

我们都是利用重力来间接测量的

太空中处于失重状态

我们怎么测质量呢？

是不是看上去有些奇怪？

其实原理非常简单

就是我们最熟悉的牛顿第二定律

F=ma

给宇航员一个恒定的拉力

只要测出拉力和加速度的大小

我们就可以算出宇航员的质量啦

仪器上显示的就是测出的宇航员质量

74kg

（小编默默地继续去减肥了TAT）

除了利用牛顿第二定律

还有什么办法可以在太空中测质量呢

注意看图中两个物块

相同的弹簧下

振动频率是不是不一样？

利用这个差异能不能测质量呢？

欢迎在评论区留言告诉我们答案！

接下来是单摆演示实验

在地面上

小角度的单摆运动可以看做是简谐振动

然而在太空中

无论多大角度

由于处于失重状态

小球岿然不动

如果给小球一个初始的推动力

它竟然可以做圆周运动

是不是和地面上很不一样呢

地面上的同学提出了一个问题：

在太空中能不能感受到上下的方位？

实际上

由于处于失重状态

人自身是没有上下的感觉的

不过为了工作的方便

我们人为地将朝向地球的方向定义为“下”

并在那一侧铺设了地板

紧接着进行的是陀螺定轴性的演示

一个普通的没有旋转的陀螺

给它一个外力

它转轴的指向是很容易改变的

但对于高速旋转的陀螺

当它受到微扰时

转轴的方向几乎不会改变

这是因为高速旋转的陀螺具有很大的角动量

一个小的力矩对角动量的影响不大

所以具有很好的定轴性

利用这个特性制作的陀螺仪

无论是在航空航天还是手机电脑等电子设备中

都具有十分重要的应用

最后一个实验是水球演示

在太空中由于失重的影响

水滴在自身表面张力的作用下

都会趋于球形

这是一个小水球

这是一张水膜

水膜上还可以附着一个中国结

往水膜里加水还可以形成大水球

透明的水球对光线的折射形成了一个透镜

透过水球可以看到宇航员的倒影

小伙伴们来告诉我

这个水球算是凸透镜吗？

它成的是实像还是虚像呢？

往水球里注入有颜色的液体

还可以让它改变颜色

不过再好看的水球

在吸水纸的作用下都化作乌有

实验演示完毕

在互动环节

现场的同学们向宇航员

提出了许多有趣的问题

宇航员们一一作了解答

由于篇幅的关系

我们就不在此展开了

感兴趣的小伙伴可以戳开下面的视频

观看完整版的太空授课全过程

https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=y03949oysch&width=500&height=375&auto=0

如果你觉得清晰度不够

可以点击页面最下方的“阅读原文”

或者复制地址

https://v.qq.com/x/page/y03949oysch.html

到浏览器中

就可以观看720P高清的视频啦

顺便预告一下

明天我们将推送航天日特辑

大家千万不要错过哦~

编辑：Alex Yuan

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