天宮課堂第二課實驗原理作文

太空“冰雪”實驗

[知識點]液體結晶

[現象]航天員老師從液體袋中擠出一個透明水球，然後用一根塑料棒輕輕一碰，水球瞬間產生大量的白色晶體，就像雪花一樣。

[原理]呂京濤教授介紹道，過飽和溶液是一種不穩定的狀態，受到外界因素擾動或者遇到小的凝結核時容易結晶。結晶這個物理現象我們在平時的生活中也可以看到。王亞平老師選用的是過飽和乙酸鈉溶液做實驗。通常來說結晶都是在溶液中發生，物質結晶後變爲固體因爲密度問題沉入容器底下或浮到液麪上。太空的失重環境，我們看到不用溶液就可以演示。

另外一個，因爲失重，天宮實驗中，結晶後形狀比較理想化，就是一個球形。如果在地面液體裏做，結晶後密度變化會沉到水底或浮到液麪，很難形成球形。同時結晶是一個放熱的過程，所以結晶球摸上去熱乎乎的。

對於天宮實驗，呂京濤表示其意義巨大，“在天宮做這些實驗都很有意思，很有趣，很吸引人，可以提升中小學生對科學的興趣。我們生活在地球上，要腳踏實地，也要仰望星空，探索宇宙，探索未知”。

液橋演示實驗

[知識點]液體表面張力

[現象]航天員老師在兩塊板子之間送入一些水。水附着在兩塊板子之間，在板子之間形成一座拱橋似的液體橋。

[原理]羅鵬順教授介紹道，液體表面張力是液體分子間相互吸引作用力的體現，宏觀表現爲液體表面層內的表面張力，有使液體表面積縮小的趨勢，使勢能最小化。這個實驗主要就是展現了液體的表面張力。

我們在地球上也看到液體表面張力的例子，我們早晨去公園裏，看到荷葉上的水珠，一粒粒的，這也是表面張力的體現，但是仔細觀察是橢圓形的，這是因爲重力的作用。在太空微重力環境，由於要使表面積最小，水珠是一個球狀。天宮實驗中，兩個板子上的水球接觸後，我們看到連起來，連接的水橋表面有表面張力，使水橋不會斷裂。生活中，兩根手指間放一滴水，慢慢張開，也可以看到水橋。在地球上，水橋越大，因爲重力作用，就會被“拽”下去。太空中，因爲微重力環境，表面張力起主導作用，所以可以形成較大的水橋。

水油分離實驗

[知識點]浮力、重力和離心力

[現象]航天員老師將水和油的分層液體混合，混合後的液體沒有自發地分層，好似水油相溶。同時，地面上的學生們做了相同的混合實驗，但很快就再次分層。航天員老師將混合液體離心，水油即分離。

[原理]鄒遠川教授介紹道，在地面上水和油是分層的。這是由於水和油不混溶，並且油的密度比水低，所以它就浮在水的上面。而王亞平老師在太空中搖晃瓶身，水和油融合在一起。這是在空間站中，由於重力場的消失，壓力梯度也不存在了，也就沒有浮力了，所以沒有分層現象。

當葉光富老師用繩子快速旋轉小瓶，水和油在離心作用下實現分層。這個快速轉動產生了向心加速度，在瓶子參考系看，其實是在加速參考系中看，就感受到了一個離心力。這個離心力和重力差不多等效，也就能回到和地球上一樣實現水油分層了。

太空拋物實驗

[知識點]牛頓慣性定律、愛因斯坦等效原理

[現象]航天員老師向前拋出冰墩墩模型，模型呈勻速直線運動。

[原理]鄒遠川教授介紹道，這是一個很好的牛頓慣性定律的演示，在地球上由於有重力，物體走拋物線，在天宮物體幾乎不受重力作用，所以走勻速直線運動。

我們還可以用愛因斯坦廣義相對論的等效原理來看待這個問題。等效原理說受到引力和進行加速運動是等效的。天宮受到了地球的引力，而且以相同的向心加速度在運動，從而二者抵消。天宮內部就變成了一個完美的慣性系。在慣性系中拋出去的物體，在離手之後也就不受任何力，從而也走勻速直線運動。