解密“太空课堂”背后的科学原理
时间：2020-05-21 07:55:03 来源：达达文档网 本文已影响 人 
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2013年6月20日，女航天员王亚平在“天宫一号”上给大家上了一节课，在课堂上王老师为大家做了五个精彩的实验。大家在观看这些实验时，一定会感觉很神奇，那神奇背后的科学原理你明白吗？下面就向你们揭示其中的几个秘密吧。
太空中永不停止的“单摆悬停”
先看看“单摆悬停”：T型支架上，细绳拴着一颗小钢球。这是物理课上常见的实验装置——单摆。王亚平把小球拉升到一定高度后放手，小球并没有像在地面那样往复摆动，而是悬停在了半空中。王亚平用手指轻推小球，小球开始绕着T型支架的轴心做圆周运动。
再说说原理：在地面上，被细绳牵着的小球受到地球引力的作用向下运动，并且下落的
速度会越来越快，因此，小球向下的“冲力”就越来越大，当它下落到最低点的时候，小的
“冲力”就会大于地球引力。
由于被细线牵着，所以小球会在“冲力”惯性的作用下越过“最低点”，然后改变方向，向上爬升。在向上爬升的过程中，小球的速度会越来越慢，向上的“冲力”也越来越小了，当小球向上的“冲力”小于地球对它的引力时，它就会掉头向下冲。如此反复，小球形成了“左右摆动”的状态。
为什么在太空中则出现迥然不同的现象呢？在太空中，地球对小球的引力已经消失，没有引力向下“吸引”，又没有其他方向的力量推动，所以小球就悬停不动了。当王亚平轻轻推小球时，小球就得到了一个推力，由于这个推力没有其他阻力来干扰，所以“动能十足”，只轻轻一推，小球就会“拼命”地在细线的牵引下做圆周运动。
从理论上讲，如果小球只受到王亚平的“推力”，没有其他引力来“干扰”，小球就会在推力的作用下永远旋转下去。
太空中乱翻跟斗的陀螺定轴
接下来，王亚平老师又取出一个红黄相间的陀螺悬放在空中，用手轻推陀螺顶部，陀螺就翻滚着飞向远处。接着，她又取出另一个陀螺，这次先让它旋转起来，再用手轻轻一推，旋转的陀螺就不再翻滚着飞走，而是保持着固定旋转姿态向前飞。
这可和地面上的陀螺不一样哦！在地面上，旋转起来的陀螺有一个特性，就是它的旋转轴能克服外力干扰，不会改变方向。其实，我们在玩具不倒翁中，就能看到陀螺的这个特性。但陀螺在地面上旋转时，它的旋转能量很快会被空气阻力和摩擦力抵消掉，转速会很快减慢下来，其在旋转下才具有的“定轴性”很快就会消失，这就是陀螺在地面上旋转一会儿就倒下来的原因。
在太空中，陀螺没有了摩擦力和空气阻力等力量干扰其旋转，发动起来的陀螺可以永远高速旋转，有了这种长时间的高速旋转，陀螺的“定轴性”就展现得特别明显：无论王亚平给予什么方向上的推力“干扰”它，它都能保持原来的轴向旋转，不会翻滚。另一个没有旋转起来的陀螺，因为没有定轴，所以用手轻轻一碰，它就会前滚后翻，东倒西歪。
太空中的竖直水膜表面能挂中国结？
再看看太空中的神奇水膜吧。王亚平老师把一个金属圈插入饮用水袋中，慢慢抽出金属圈，竖起来，金属圈内就形成了一个竖直方向的水膜。晃动金属圈，水膜也没有破裂；往水膜表面挂上一片画有中国结图案的塑料片，水膜依然完好。
再说说其中的道理：液体表面存在一种表面张力——就是水面被向内拉紧的力量。“水面”被表面张力拉紧后的结果是什么呢？结果是，水面会变得和橡皮膜一样结实。在地面上形成的水膜其实也是“橡皮膜”，只不过在地面上这种“橡皮膜”存在的时间特别短，所以等不到你挂上中国结，它就爆了。
为什么地面上的水膜存在的时间会很短呢？因为有地球引力的影响呀。因为存在重力，所以水膜上的水会很快沿着重力的吸引方向向下汇聚，水膜四周就会快速变薄，结果眨眼就薄到爆掉了。
在太空中，没有重力的向下吸引，水膜上的水就不会朝着重力的方向汇聚，水膜就可以厚薄均匀地如一块“像皮膜”一样长时间存在，所以王亚平就有足够的时间在上面挂一个中国结。
当然，在地球上长时间且结实存在的水膜也是有的，比如水平方向的水面，其实就是一个比较结实的水膜——你常会看到有些水生昆虫在水面上行走自如，你甚至可以在这样的水面上小心地放上一枚硬币而不会下沉。也就是说，在地球上保持一个水平水面是可以的，但制作并保持一个竖直方向的水面就不容易了，因为水会向下流嘛。太空中，因为水也失重了，它们不会向下流，所以就可以制作并长时间地保留一个结实的竖直水膜来挂中国结了。
