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9月21日下午,“天宮課堂”第四課在中國空間站開講,新晉“太空教師”——神舟十六號航天員景海鵬、朱楊柱、桂海潮為廣大青少年帶來一節精彩的太空科普課。
在約48分鐘的互動交流授課過程中,三位“太空教師”在軌演示了球形火焰實驗、奇妙“乒乓球”實驗、動量守恒實驗以及又見陀螺實驗等一系列炫酷又有趣的實驗,天地間掌聲和笑聲此起彼伏。
空間站中蠟燭的燃燒與地面究竟有什么區別?課堂上,當蠟燭被點燃后,可以看到,與以往地面蠟燭的錐形火焰不同,空間站中燃燒的蠟燭火焰呈現藍色,形狀近似球形。朱楊柱輕輕轉動蠟燭,火焰的形狀幾乎沒有變化。
為什么會有這樣的差別呢?桂海潮解釋:因為在地面有重力的作用,燃燒后的熱氣上升冷氣下降形成了浮力對流,因此蠟燭的火焰呈錐形。而在空間站里,微重力環境幾乎消除了這種浮力對流,燃燒后的氣體向各個方向運動的趨勢相同,不管蠟燭的方向朝向哪里,它的火焰都近似球形。此外,在空間站里,燃燒對流十分微弱,氧氣的補充不如地面及時,蠟燭的燃燒也不如地面充分,火焰的溫度也會更低一些,藍色火焰就是燃燒溫度低的一個表現。
在奇妙“乒乓球”實驗中,桂海潮拿著乒乓球拍去觸碰水球,飄浮在空中的水球沒有破裂,而是牢牢地粘在球拍上。這時,朱楊柱拿出了包裹著干毛巾的乒乓球拍,只輕輕一碰,水球就像乒乓球一樣彈開了。朱楊柱講解:“除了表面張力使水球不容易破裂之外,毛巾表面還布滿了疏水的微絨毛,有很好的疏水性能。”
隨著鏡頭的轉換,朱楊柱帶著大家來到了一個一米見方的標準網格布前,他拿出一個質量為500克、直徑是49.5毫米的實心鋼球,放到網格布中間。桂海潮也拿出了一個一模一樣的鋼球,拋出去碰撞之前那個靜止的鋼球,只見靜止的鋼球開始了運動,而被拋出去的鋼球卻靜止了。桂海潮接著拿出一個質量為100克的小鋼球,用小球去碰大球。小球碰到大球之后調轉了方向,大球卻沿著小球初始的運動方向繼續前進。桂海潮說:“同學們通過計算就可以發現,剛才我們演示的這些碰撞無論是接近于正碰的情況,還是斜碰的情況都滿足動量守恒。”
在“又見陀螺實驗”中,桂海潮手握快速自轉的陀螺,陀螺自轉時,他改變陀螺的方向時,自己也發生了轉身。“陀螺快速自轉具有了比較大的角動量,我改變陀螺方向的時候它的角動量就產生了顯著變化,跟我的手產生了比較大的反作用力矩,讓我輕松實現了轉身。”桂海潮接著向同學們科普,“空間站就是用了同樣的原理在太空當中轉身。”
(摘自《光明日報》9.22)