太空中奇妙的物理实验现象

江苏省泰州市姜堰区励才实验学校(225500) 张夏林 柳美玲

“王亚平用一根手指轻轻一推，聂海胜便飞了出去！”2013年6月20日上午10时13分，我国首次太空授课在“天宫一号”上演（见图1）。此次太空授课活动主要展示了失重环境下的质量测量、单摆运动、人体方向感、陀螺旋转、神奇水膜承住中国结的物理实验现象。

1 质量测量和单摆运动

在太空中，宇航员像是“身轻如燕”的武林高手。本次飞行任务指令长聂海胜首先向地面学生表演了“悬空打坐”，展示了太空失重环境中的独特现象。授课主讲教师王亚平也表演了自己的“大力神功”绝技，用一根手指轻轻一推，聂海胜就飞了出去。

在太空中如何测量物体质量，王亚平利用质量测量仪演示了测量过程并成功测出了聂海胜体重。“我们知道：‘物体受到的力等于它的质量乘以加速度’。那如果我们想办法测出力和加速度，就可以算出质量了。”这就利用了牛顿第二定律，王亚平解释。

另外，王亚平还展示在太空失重状态下物体的圆周运动现象。太空中，小球处于失重状态，即使我们给小球一个很小的初速度，它也能绕摆轴作圆周运动；但是在地面上却需要一个足够大的初速度才能够实现。

2 太空中无方向感

“我想知道你们在太空里还有没有上和下的方位感呢？”在现场观看太空授课的同学向王亚平提问。王亚平用连续两个90。翻转的“杂技”表演进行了解释，“在太空中我们自身的感觉，在方位上没有上和下的区别，无论头朝向哪个方向，我们自身的感觉都是一样的。不过在天宫里，为了便于工作和生活，我们也人为地定义了上和下，并且把朝向地球的一侧作为下方，并铺设了地板。”

3 陀螺定轴性原理

给静止和转动的两个陀螺以同样的干扰力，静止的陀螺会翻滚着向前移动，而旋转的陀螺虽然在晃动但是轴向基本没有改变。

王亚平进一步解释了陀螺的定轴性原理：高速旋转的陀螺具有很好的定轴性，陀螺这一定轴特性在天上和地上是完全一样的，因此有很多设备都是用陀螺组合来定向的。“我们居住的天宫里，也安装了不少的利用陀螺的定轴性原理制作的仪器，用来测量航天器的姿态。”王亚平说。

4 神奇水膜可承住中国结

除了这些较为理论性的授课，王亚平还展示了吃太空漂浮的水滴、水膜承载中国结、把水膜变成大水球、让水球变色等神奇的太空现象，引来学生一阵惊叹。

失重会给人的行动带来不便，但对人类开展研究却非常有价值。利用太空独特的资源，一方面我们可以开展基础研究，另一方面我们还可以为应用服务。王亚平举例，“比如说在失重环境下，我们可以获取到结构更加均匀、完整，尺寸更大的半导体晶体，开展材料的基础研究，通过对比天地的差异，来优化和改进地面的生产工艺。再比如说，在失重环境下，冷原子钟的频率稳定度会大大地提高，可以用于未来的高精度的卫星导航定位系统。”

收稿日期：2014-11-13