太空中上演的神奇實驗（一）

姜桂祥

2013年6月20日上午，“神舟”十號航天員聶海勝、張曉光、王亞平在遠離地面約340km的“天宮”一號上為全國青少年帶來了神奇的太空一課，我國第一位“太空教師”王亞平通過質量測量、單擺運動、陀螺運動、水膜和水球等5個物理實驗，展示了失重環境下物體運動特性、液體表面張力特性等物理現象，并通過視頻通話與地面課堂師生進行了互動交流，

這些美妙的實驗反映了什么樣的物理原理？天地物理特性的差別給航天飛行帶來什么影響，在航天活動中有什么樣的應用？今天我們先來看第一個實驗：太空質量測量。

在地球表面，由于受到地球引力的作用，物體放在天平的托盤中時，托盤對物體的支持力和物體受到的地球引力達到平衡，當天平平衡時，砝碼與游碼的總質量即為物體的質量，但在太空中是否可以仍用這種方法進行質量測量呢？

實驗過程：王亞平首先展示了兩支完全一樣的彈簧，它們分別固定有兩個不同質量的物體。畫面顯示，兩個彈簧平衡在同一位置，無法測量出物體的質量差別，隨后，鏡頭轉向“天宮”一號中用于測量質量的“質量測量儀”，聶海勝把自己固定在支架一端（如圖1），王亞平輕輕拉開支架，一放手，支架在彈簧的作用下回復原位，LED屏顯示出聶海勝的質量為74kg，王亞平解釋說，質量測量儀通過彈簧產生力并測出力的加速度，然后根據牛頓第二定律就可以算出質量，

專家解讀：這個實驗生動地說明了牛頓第二定律的基本原理——物體加速度的大小跟物體受到的作用力成正比，跟物體的質量成反比，這是一個在一切空間內普遍適用的基本物理定律，不因物體的引力環境、運動速度而改變，因此在太空和地面都是成立的，同學們如果不理解牛頓第二定律，可以只記住一個簡單的公式：F=ma，只要測出了力F和加速度a，就可通過此公式的變形公式m=F/a計算出質量m，牛頓第二定律是高中學習的內容，有興趣的同學可以看一下高中的課本，想必對它會有更好的了解。

點撥：在地球表面，由于受到地球引力的作用。物體的質量體現為物體所受的重力，物體懸掛在彈簧測力計上時，彈簧的拉力和物體受到的地球引力達到平衡，因此可以從彈簧測力計的讀數中得到物體所受的重力，而在繞地球高速運動的飛船里，地球引力被飛船的離心力所平衡，飛船內部不再有地球引力的影響，也就沒有了重力的概念，因此彈簧測力計就沒有讀數，當然就無法用彈簧測力計測物體所受的重力，也就無法求出物體的質量。

責任編輯 蔡華杰