半岛聚焦丨水球“开花”、浮力消失……“天宫课堂”第一课这些知识点你都get了吗?

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神舟十三号飞行乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富生动介绍展示了空间站工作生活场景。

身处太空,失重环境会导致航天员的血液分布和地面不同,下肢的血液上涌,所以航天员面部看起来会“胖胖的”。那么,航天员们会如何通过锻炼对抗失重?

航天员翟志刚表示,失重对我们的心血管有影响,对我们的骨骼有影响,对我们的肌肉有影响。为了防护失重导致我们肌肉萎缩,在我们空间站里,除了有跑台、自行车、拉力器以外,还有一件秘密武器。同学们看叶老师穿的这身衣服有什么与众不同吗?从外表上看没有什么区别,我们来看看它的内部结构。

这是胸部拉带的两个调节环,用来调节胸部弹力拉带的松紧用的。通过这些拉带把人体给束缚紧,使肌肉可以长时间保持一定的张力,就可以有效预防失重带给我们的肌肉萎缩,这套衣服的名字就叫企鹅服。

授课过程中,网友们发现王亚平在空间站睡眠区,贴着与家人的合照,她还介绍在空间站里“晚上可以和家里人通通电话”。让网友感慨:家人是永远的依赖!

神舟十三号乘组航天员 叶光富:目前我们开展的是失重条件下细胞生长发育的有关研究。前期我们开展了大量的有关细胞的研究,有不同周期、不同时间和不同单元,通过人工制造的一个机动力和完全失重两种状态下对细胞进行培养。然后将这两组细胞进行对比,看一看它们在有动力条件下和无动力条件下,其生长和形态到底是一个什么样的变化过程。然后我们再进一步研究它的变化规律和变化机制等等,而且我们还选用了不同类型的细胞进行研究,有皮肤干细胞,还有心肌细胞等等。

神舟十三号乘组航天员 叶光富:这是心肌细胞在荧光显微镜下观察到的画面,同学们有没有看到有一闪一闪的荧光,知道这是为什么吗?其实这是细胞自身生物电的一种反应,因为这些细胞是活的,我们是利用生物电激发荧光这么一个特殊的手段才能看到这样一种画面,非常神奇。

神舟十三号乘组航天员叶光富:这也是心肌细胞,它们以成片的形式在做收缩运动,大家可以仔细看,它们就像心肌一样一动一动的,而且它们的运动非常有节律。它们在里面欢快蹦跶着,就像在告诉大家我们活得好着呢,是不是很神奇?欢迎大家一起来到太空参与细胞研究!

有一位北京的同学提问,在太空中能否跟在地面一样正常行走。叶光富用行动回答了他的问题:不行!原来,在太空中由于没有重力的帮助,人们无法像在地面一样行走,只能飘来飘去。

不能太空行走,那太空转身呢?答案是也不那么容易!在试了很多方法后,叶光富终于转身成功。

“哎我飘起来了。”“我深吸一口气。”先是展示太空秘密武器“企鹅服”,又马不停蹄“太空行走”,最后还被要求尝试不借助把手完成太空转身。叶光富被网友称为!#天宫工具人叶老师#。王亚平表示:“虽然叶老师已经很努力了,但好像还没成功……加油,再使点劲!”

“天宫课堂”第一课王亚平还做了一个浮力消失的实验。在太空中,乒乓球并没有像在地面一样浮在水面,而是停留在了水中,这是为什么呢?

航天员王亚平介绍道,这和地面的现象是完全不一样的,这是因为浮力是随重力产生的,在太空失重环境下浮力几乎消失,所以乒乓球不能像在地面一样浮起来。

在“天宫课堂”中,航天员王亚平在翟志刚、叶光富的辅助下,拿出了一朵和女儿一起完成的折纸花向大家演示了水膜实验。随后,这朵花在太空中“绽放”

失重环境如何形成水球?为什么会有一正一反两个像?王亚平带你做个有趣的实验。

神舟十三号乘组航天员王亚平:现在我们往水膜上注水,让它变成一个大水球,同学们都知道,这是因为在失重环境下水的表面张力会大显神威,所以我们才能做出一个地面上无法做出的水球。

神舟十三号乘组航天员王亚平:我们再加一点水,让水球变得更大、更圆、更漂亮。

神舟十三号乘组航天员 王亚平:同学们,现在你们是不是能够看到一个放大的我,这在上一次太空授课的时候我也做过,大家知道这是凸透镜成像的结果。

神舟十三号乘组航天员 王亚平:我们先请叶老师把水球中的气泡抽取一下,然后我们往水球里再注入一个大气泡。同学们,现在你们是不是看到一正一反两个像,这在地面上可是很难见到的。

神舟十三号乘组航天员 王亚平:同学们也可以想一下,为什么有一正一反两个像呢?感兴趣的同学可以深入研究一下,这里我可以给大家一个小提示,这是因为气泡将水球分割成了两部分,分别成像的结果。

大家知道泡腾片遇到水之后会产生很多气泡,那么在太空,泡腾片与水球相遇会发生什么变化?

“天宫课堂”第一课上,太空教师王亚平就做了这样一个实验。只见泡腾片在水球里不断冒泡,但在失重环境下,气泡虽然不断产生,但并没有离开水球。而随着气泡不断增多,水球逐渐变成了一个充满欢乐的“气泡球”,而且产生了阵阵香气。

神舟十三号乘组三名航天员翟志刚、王亚平、叶光富演示了失重环境下细胞学实验、物体运动、液体表面张力等现象,共进行了8项太空授课项目。

天宫课堂的首次开课为何选择这些项目作为授课内容?每一项实验背后又蕴含着什么知识点?

在9日进行的太空授课中,三位航天员首先为大家展示了在太空中转身的神奇现象。这个原本在地面上难度系数为零的普通动作,在太空中却隐藏着很高的物理知识。

中国科技馆科普讲师团副团长陈征告诉记者,太空转身实验的核心关键词叫做角动量。角动量是描述物体转动的物理量。这个试验所展现的是在微重力的环境中,航天员在不接触空间站的情况下,类似于理想状态下验证“没有外力矩,物体会处于角动量守恒”。航天员上半身向左转动时,按照角动量守衡的原则,下半身就会向右转。

另一个动作是航天员伸展身体的时候,因为质量分布得离旋转轴比较远,转动惯性比较大,所以角速度就减慢,通俗地说就是转得慢了。而当把四肢收回时,转动惯性小,角速度就会增加,直观感受就是转动速度变快了。

在很多科幻电影中都曾出现过这样的镜头:一旦重力消失,浮力也就没了,人们在游泳的时候都会变得更艰难。太空老师王亚平所开展的浮力消失实验,展现的就是这一现象。

陈征告诉记者,这项实验所展现的是浮力和重力伴生的现象。浮力来源于重力引起的液体在不同深度的压强差。当重力消失时,液体内部压强相同,浮力也就消失了。不过地球表面难以让浮力消失,这个试验很难直观地展示出来。在空间站的微重力条件下,浮力和重力之间的伴生关系就可以非常清楚地显现。

陈征介绍称,当航天员往水球中打入一个气泡,因为在太空中浮力已经消失了,所以气泡不会向上飘,而是老老实实待在水球中,水球因此被气泡变为了两部分,中间是空气,气泡周围是水。这个时候整个水球就变成了两个透镜,亚博电竞网址外圈成为了一个凸透镜,所以呈现出一个倒立的像,内圈相当于变成了两个凹透镜的组合,这个时候又出现了一个正立的像。因此可以在水球中同时看到一正一倒的两个像。

这项实验其实体现了三个物理现象,首先就是在失重环境下,水滴会在表面张力的作用下收缩成一个接近完美球体的水球,而在地面上,因为受重力影响,水滴呈现为水滴形,几乎不可能获得一个完美的水球。其次,就是这个水球可以被看成是一个凸透镜,如果你站在这个凸透镜的两倍焦距以外,就看到的就是一个倒立的实像。最后,就是在水球中打入一个气泡,因为太空中浮力消失,这个气泡不会飘出来,它就老老实实的待在里边。

陈征介绍,在地面环境中,将泡腾片扔进水球里,就能看到气泡上浮,可在中国空间站的失重环境中,因为浮力的消失,泡腾片扔进水中的产生的气泡不再上浮,而是相互挤压,最后就会形成一个很有意思的样子,这个水球也会被气泡撑得更大,就能看到水球一点点膨胀的效果。

因为空间站和地面最大的不同就是空间站是微重力环境,但是微重力环境对常人而言只是一个名词,通过这些实验大家就能够知道微重力环境下,许多物理现象和地面环境有所不同了。

此次太空授课活动进行了全程现场直播,在中国科技馆设地面主课堂,在广西南宁、四川汶川、香港、澳门分设4个地面分课堂,共1420名中小学生代表参加现场活动。

各地中小学生都有哪些期待?探秘太空,让你印象最深刻的瞬间是什么?太空生活,大家最好奇的是什么?一起来看一看少年们都有哪些奇思妙想。

山东师范大学附属小学科学实验小组 郑淑文:如果在太空上养一盆花,它的土会不会洒出来呢?

北京实验学校(海淀)小学学生 岳雨芊:我想知道航天员在太空睡觉的时候是怎么翻身的?

四川成都高新区银都紫藤初中学校初一学生 钟欣宇:我最好奇的就是,航天员们在太空中,如果他们想洗头的话会怎么办?他们洗完头之后,那些洗发水和残留的水怎样处理?

北京市第一零一中学学生 陈知非:我最好奇的就是航天员们是如何起居的,是以一天为生活单位,还是说以别的时间为一个生活周期。

人大附中三亚学校学生 陈俊佑:我最好奇的是他们是如何锻炼身体的,因为比如说拿俯卧撑来做例子,就是在太空没有重力的环境下,根本起不到对肌肉的一个锻炼。

四川广元市利州区东城实验学校学生 刘涵予:在太空中做健身运动会不会比地球上更累或者是更轻松,还有航天员健身后掉下的汗会不会落在地上或者是悬浮起来。

人大附中三亚学校学生 孙铄:神舟十二号在空间站也待了三个月,神舟十三号会更久,是半年的时间,我很好奇他们会在空间站做什么娱乐活动来消遣他们的时间?

人大附中三亚学校学生 陈俊佑:我最想看到的是火在太空里会呈现什么样的现象?在我们的空间站里当然有氧气,但是它没有重力,火会不会呈现另外一种形态?

人大附中三亚学校学生 孙子儒:我很好奇太空到底有没有哪怕一点点的那种阻力或者摩擦力,能不能验证这些。

四川绵阳安州一中学生 吕恒:我想看王亚平老师演示在太空中磁铁它的南北极是否还会相吸引,如果吸引的话,可以应用在航天服的拆卸、拼接或者是空间站的对接,让它更准确。

山东师范大学附属小学趣味编程爱好小组 苏杨:我想问王亚平阿姨是怎样在太空中化妆洗脸的呢?

四川成都高新区银都紫藤初中学校初二学生 桑博雯:我想问王亚平老师,动物放在太空上会基因变异吗?我想看到王亚平老师在太空上进行动物的实验。

四川广元市利州区东城实验学校学生 刘涵予:我最想带的就是装满气的气球,放到太空去,看看它会不会爆炸或者是自动漏气。

山东师范大学附属小学科学实验小组 郑淑文:如果我把刚开好的花带上了太空,那么它上面的那个花瓣会不会立马就掉下来,还是会很长很长时间再掉呢?

人大附中三亚学校学生 陈俊佑:我会带蜂蜜,因为蜂蜜是非牛顿流体,它和水是有区别的,所以我想看看它在太空中会是怎样一种形态?

北京市第一零一中学学生 魏嘉琪:我想带一个3D打印机到太空,因为太空微重力,说不定能够让3D打印机打出来更加精细或者打出更加有意思的东西出来。

半岛新闻客户端综合整理,素材来源:新华社、央视新闻、中国青年报、人民日报、光明日报等

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