天宫课堂第二课失重是什么感觉（科学汇天宫课堂第二讲）

钱江晚报·小时新闻记者 郑琳

“天宫课堂”第二课3月23日下午在中国空间站开讲，航天员王亚平在航天员翟志刚、叶光富的密切配合下进行授课。

本次太空授课活动由航天员在轨演示里许多有趣的实验，介绍与展示空间科学设施。大家还看到可爱的冰墩墩惊喜出镜。在天地互动中，地面的学生提了不少有趣的问题，空间站里用北京时间吗？看到的月亮有什么不同？太空里水能烧开吗？

本期，我们邀请杭州第二中学物理老师王恺，以及他的学生们，一起来探讨天宫课堂里的科学实验，思考王亚平老师布置给大家的“课后作业”。

液桥实验

液桥实验再一次向我们展示了在微重力环境下液体表面张力的强大。

液体有减小自身表面积的趋势，这种趋势会体现为表面张力。表面张力能维持液体在太空中球形的状态，也能促使荷叶等超疏水表面的水形成球形的水珠，如同第一课中展示的水球实验一样，当水处于两块玻璃板间，液体一定程度依附于玻璃板即可减小表面积，从而在两板间形成液桥。当松开两板后，两板迅速靠近，最终几乎贴在一起，这也是表面张力的作用。有兴趣有能力的读者可以探究，水桥的形状与哪些因素有关？能否给出水桥形状与这些因素的定量关系？为了维持水桥的形状，需要给两块玻璃板提供多少力？

“热”的冰雪实验

温度会影响溶质在溶剂之中的溶解度。乙酸钠又称醋酸钠，其在水中的溶解度随温度升高而升高。当一个高浓度的乙酸钠溶液降温时，在没有凝结核的情况下，就有可能形成过饱和溶液，触碰到凝结核时，最终乙酸钠以晶体的形式析出。

在重力环境下，析出的晶体由于密度与溶液不同，在重力与浮力的作用下，一般会聚集在溶液底部或顶部。但在无重力环境下，析出的晶体则会分布在液体中，形成类似冰球的效果。

油水混合实验

水和油是两种化学结构并不太相似的物质，因此并不容易相互溶解。在日常环境中，如果把油水混合后搅匀，很容易看到油滴逐渐浮起在水面上。这时由于油滴密度更小，受到了周围水的浮力。在重力环境下，两者也不相溶。但如果将两者混合在一起，却不再有浮力将两者分开，只能维持混合的状态。为了再次将其分离，我们需要“模拟重力”。

利用惯性离心将容器高速旋转，而旋转的液体做圆周运动时需要提供向心力。在液体参考系中观察，液体仿佛受到一个力，好像要被甩出去，这就是常说的“离心力”，它对于转动物体而言可以起到类似重力的效果。

浮力来源于重力，而有了“等效重力”也可以起到“等效浮力”的效果。在《星际穿越》等科幻作品中，就有旋转的环形空间站的设想，可以模拟地表重力，使宇航员免受失重困扰。为了分离同位素，也可以利用惯性离心分离化学性质相同，但密度略有不同的同位素物质，分离后的产物可以应用于核电站燃料、前沿科学研究、武器制造等

王亚平老师的“课后作业”

看看杭二中学生怎么回答

这次的天宫课堂中，王亚平老师给全国的学生布置了几个“课后作业”，她提出的思考题，激起了杭二中同学们的兴趣。王恺老师的学生们大开脑洞，踊跃回答。不仅如此，王恺老师还补充拓展了问题。

“虽然同学们的答案不一定对，毕竟这些问题比较难，对中学生来说有点’超纲’，但是同学们的猜想都很有意思，有的同学甚至画了可爱的示意图。我觉得，如果现在有兴趣猜想，将来就有可能去研究，所以想把这些回答分享给大家。”

那么让我们来看看，杭二中的同学们，是怎么回答这些问题的。请大家注意，这些猜想不是”标准答案“。欢迎各位同学也一起来思考这些问题，下期我们将请王恺老师为大家揭晓正确答案。

改变哪些因素可以使液桥变长？

高二（２）班陈欣宇：液体表面张力是由于液体分子之间的引力远大于液体分子与气体分子间的引力，因此液体表面有尽可能缩小的倾向，固液界面同理。我猜想，要想使桥面变长就需要改变表面张力。一种方法是改变液体分子间作用力，例如改变液体温度或选用水银。第二种方法是减小固液界面，因此可以减小实验中玻璃板的面积，或者改变平行板的材质。第三种方法使减小气体分子与液体分子的引力，例如改为在氢气中实验。

高二（２）班林馨洁：液桥的形成实际上是液体的浸润现象加液体的表面张力。所以要加长液桥要从两方面考虑：如何使桥中央不断，如何使桥两侧不断。要桥中央不断，和液体表面张力有关，改变温度，或改变液体的种类，比如更粘稠的液体可以让液桥变长。要让桥两侧不断，可以改变两侧固体的材料，以及液体和固体接触面积的大小。

高二８班吕文韬的答案

冰墩墩在空间站里被抛以后，近似匀速直线运动。那么在地面看来，冰墩墩做什么运动？

高二（８）班宋赫彬：冰墩墩在太空中被抛出，可以近似认为仅受重力作用。由于速度不快，因此会做近似以地球为焦点的椭圆运动。

高二8班王梓鑫画的可爱的示意图

王恺老师补充问题：冰墩墩在空间站中做出了牛顿第一定律描述的运动，能否说明牛顿第一定律得到了验证？

高二（８）班徐家梁：不能，因为牛顿第一定律是指不受力的物体将保持静止或做匀速直线运动。该定律定义了惯性系，也规定了牛顿定律的适用条件。实验中不可能找到绝对不受力的物体，天宫之中只是将地球引力用于提供向心力，并不是不受力，因此不符合牛顿第一定律的条件。原则上牛顿第一定律是无法验证的。

高二（８）班林思凯：我觉得不能。牛顿第一定律是指，物体不受外力或受力平衡时，物体会保持原有运动状态。但对于冰墩墩，受力并没有平衡，虽然在空间站看起来是匀速直线运动，但在地面看起来，运动轨迹是曲线。所以如果考虑到参考系，惯性系和非惯性系……这个问题很难啊！

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