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12月9日下午，天宮課堂開講，這是我國空間站時(shí)代的第一課。航天員翟志剛、王亞平和葉光富通過太空轉(zhuǎn)身、浮力消失實(shí)驗(yàn)、水膜張力實(shí)驗(yàn)、水球光學(xué)實(shí)驗(yàn)和泡騰片實(shí)驗(yàn)等多個(gè)物理實(shí)驗(yàn)，展示了在太空失重環(huán)境下物體運(yùn)動(dòng)特性、液體表面張力特性等物理現(xiàn)象，并通過視頻通話與地面課堂師生進(jìn)行互動(dòng)交流。 時(shí)長1小時(shí)46分視頻回放 實(shí)驗(yàn)一：太空轉(zhuǎn)身在實(shí)驗(yàn)“太空轉(zhuǎn)身”中，航天員葉光富嘗試在太空中行走，卻飄起來了。隨后，他嘗試轉(zhuǎn)身，但上半身與下半身始終朝相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，他又嘗試了雙臂劃水，以及用嘴不停吹氣的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)身，均沒有成功。最后，他用右臂快速劃圈，并越劃越快，身體漸漸向左旋轉(zhuǎn)，終于完成轉(zhuǎn)身動(dòng)作。這里利用了角動(dòng)量守恒的原理。靜止的航天員的總角動(dòng)量為零，航天員要轉(zhuǎn)身，他的身體需要一個(gè)非零的角動(dòng)量。航天員旋轉(zhuǎn)手臂的時(shí)候，他的手臂有了非零的角動(dòng)量，相應(yīng)地，他的身體有了方向相反的角動(dòng)量，實(shí)現(xiàn)翻身。但是在整個(gè)過程中，航天員保持他的身體和手臂的總角動(dòng)量為零。實(shí)驗(yàn)二：浮力消失實(shí)驗(yàn)在地面上，乒乓球放在水面，會(huì)浮在水面。但當(dāng)王亞平在太空中，將乒乓球送入水中，球卻靜止在水中。物體受到的浮力大小等于排開液體的重力，在太空中，重力消失了，自然浮力也就沒有了。太空中的物體不受到重力，因此物體也不受浮力，只能靜止在水中。不光是乒乓球，如果你在太空中，將一個(gè)鐵球放在水面，它也不會(huì)沉下去。重力和浮力是相輔相成的。王亞平將一個(gè)金屬圈插入飲用水袋并抽出后，形成了一個(gè)透明的水膜。隨后，她往水膜表面貼上一片小紙花，紙花在水膜上緩緩綻放，水膜卻依然完好。當(dāng)王亞平不斷往水膜里注水，水膜很快長成一個(gè)晶瑩剔透的大水球。由于液體與空氣接觸形成表面層，液體表面相鄰液面之間相互作用表現(xiàn)為張力。不管是地球上還是太空中，液滴產(chǎn)生表面張力的原理以及表面張力大小都是一樣的。 在地球上，水的表面張力受到重力的干擾。一旦膜大了，水的重力會(huì)把這張膜'撕破’，這就是用同樣的方法不能在地面上形成穩(wěn)定的大的水膜的原因。但是在太空中，水珠沒有了重力的干擾，在表面張力的作用下，形成一塊完整的膜。而由于表面能與表面積成正比，為保持穩(wěn)定，液體趨向于球體，這就是水膜不斷注水，漸漸形成水球的原因。 實(shí)驗(yàn)四：水球光學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)實(shí)驗(yàn)三中的水膜經(jīng)由注水變成大水球后，上面映出王亞平倒立著的人像。當(dāng)她往水球中注入空氣，水球上形成一大一小，一正一反的雙重人像。注入空氣部分映出的臉是正的，而空氣周圍充滿水的部分，臉仍然是倒立的。由于水中光的折射率小于空氣中光的折射率，所以水球可以看作一個(gè)凸透鏡能匯聚光線。王亞平站在遠(yuǎn)處，我們眼睛看到的是她倒立縮小的像。往水球中注入空氣，空氣球部分相當(dāng)于一個(gè)凹透鏡發(fā)散光線，我們看到的是正立縮小的像。實(shí)驗(yàn)五：泡騰片實(shí)驗(yàn)在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)學(xué)生們在地球上將泡騰片放進(jìn)水杯，容器底部產(chǎn)生細(xì)密的小氣泡，不斷浮上水面。但當(dāng)王亞平往水球里塞入半片泡騰片，水球中產(chǎn)生很多小氣泡，但氣泡并沒有離開水球，而是一直附著在容器內(nèi)部。泡騰片中含有碳酸鹽與酸類成分，在水中反應(yīng)生成不穩(wěn)定的碳酸，碳酸分解產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，無法繼續(xù)溶于水的氣體以氣泡的形式存在。 在地面上，水的自重而產(chǎn)生的壓強(qiáng)在氣泡周圍不均勻，總體上，下側(cè)壓強(qiáng)比上側(cè)壓強(qiáng)大，凈力為向上的浮力，浮力大于氣體自重，氣泡上浮。在微重力的空間站中，壓強(qiáng)差不明顯，浮力無法體現(xiàn)。此時(shí)水的表面張力起到了決定性作用，氣泡被表面張力約束，不會(huì)逸出到水球外。
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