天宫课堂第二课做了哪些实验
3月23日下午,“天宫课堂”第二课在中国空间站正式开讲,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,下面是小编给大家整理的天宫课堂第二课做了哪些实验,希望大家喜欢!
天宫课堂第二课做了哪些实验
●太空“冰雪”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记者,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。陈征告诉记者,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。
天宫课堂第二课实验原理
什么是液桥?
当你在洗手的时候,或者手沾糖水的时候,指间的小液柱就是“液桥”。液桥是连接着两个固体表面之间的一段液体。
天空课堂第一课里,地面上只能形成的小液滴,到了空间站便可以形成大的液球。这是因为重力消失后,表面张力大显神威。
气液界面之间存在着表面张力,使得液体表面如同有一层很薄的弹性薄膜一样。正是这样一层“虚拟”的薄膜,使得液桥的表面形貌得以维持,而不会“垮塌 ”。由于表面张力很弱,所以在地球表面形成的液桥尺寸很小,通常只有几毫米。超过这个尺寸,液桥将无法平衡其重力而垮塌。
微重力环境下,液体的表面张力更加凸显。天宫课堂的液桥演示实验中,水在表面张力作用下将两个塑料板连接起来,在太空可用液体搭一座桥。在地面上没有办法做出像空间站这么大的液桥。
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。
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,但其实原理上并不相同。
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。
微重力环境下的科学问题包括微重力流体、微重力燃烧、空间材料、基础物理四大类,在空间站上做液桥实验就是微重力流体研究范畴。
微重力流体物理实际属于流体物理的一个新兴学科。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。
天宫课堂观后感
今天是不一样的一天,因为我们上了第一堂“天宫课堂”。这次的“天宫课堂”是由王亚平、崔志刚和叶光富三位宇航员主讲的。
王亚平老师带我们参观太空舱。我们先参观厨房区,这里有加热食物的微波装置,有装着饮用水的饮水机,还有冰箱,这样宇航员在太空就能吃到新鲜的食物。
然后我们再参观太空跑台和太空自行车。因为宇航员在太空待久了,会影响健康,所以他们在太空舱内也需要保持运动来锻炼身体。王亚平老师给我们示范了骑太空自行车。
最后,叶光富老师用显微镜给我们展示了细胞跳动。
参观完太空舱,王亚平老师和叶光富老师还给我们做了四个太空实验。第一个实验:叶光富老师表演了太空转身。可以用右手转圈,越转越快。也可以双臂伸直,让身体转起来,双臂反复合拢、张开……这样就可以在太空自如转身了。第二个实验:制作一片水膜,再折一朵花,把它放在水膜上,它就会慢慢张开了。第三个实验:在水膜里注入更多的水,水膜就变成了水球。再用针管往水球里注入一些空气,水球里就出现了一颗小气泡,王亚平老师走到水球后面,会发现水球里王亚平老师的脸是倒着的,而小气泡里的却是正着的。第四个实验:王亚平老师往水球里注入了蓝色的色素,然后再放入一片黄色的泡腾片,会发现水球产生了很多黄色的小气泡,黄色和蓝色相互融合,这时候的水球就想地球一样美丽。
今天的“天宫课堂”真是神奇有趣!