关注我们
荆楚网 > 新闻频道 > 图片

武汉4位物理专家带你走进科学 敲黑板!天宫实验有这些知识点

发布时间:2021年12月10日07:15 来源: 楚天都市报

航天员展示太空漫步及转身 新华社发

水膜张力实验中,王亚平将小纸花贴上水球

王亚平进行水球光学实验

□楚天都市报极目新闻记者 李碗容 狄鑫 实习生 黄蓓 黄舒慧 通讯员 贾法雷 苏敏 高翔

“天宫课堂”第一课每项实验背后蕴含什么知识点?昨日,华中科技大学物理学院教授周月明、物理学院引力中心副教授刘力,湖北省物理特级教师黎鹏,武汉市第十一中学生物高级教师吴风胜就此进行了解读。

专家们表示,此次天宫实验有利于培养青少年的科学兴趣,也是我国科技实力的展现,能培养青少年的民族自豪感,激励青少年刻苦求学献身科学事业。

细胞培养

知识点:太空细胞学

实验现象:叶光富老师展示了失重条件下细胞的生长发育研究。将细胞放在培养装置里培养,培养装置能维持适当的温度和气体浓度。当细胞培养到一定阶段后,将其拿出来进行观察。将细胞放在显微镜下,用医学样本显微观察记录装置记录细胞的生长情况。将细胞置于有重力或完全失重的情况下,生长形态会有所差异,通过对比两种环境下细胞的形态等差异,来研究细胞的变化规律和机制等。

原理解读:心肌细胞在荧光显微镜下会闪闪发光,漂亮而神奇。吴风胜告诉极目新闻记者,因为活的心肌细胞在生命活动过程中会产生生物电,生物电会激发荧光显微镜中的荧光物质,通过显示屏就可观察到荧光现象。心肌细胞具有自动节律收缩的特性,所以显微镜下可以观察到它们有节律地跳动。

心肌等细胞在微重力环境下,功能和基因表征都会出现变化,但回地面后基本又会退回地面状态,也有一些会发生改变。研究心肌细胞在太空中的生理变化,可以帮助人们涉足更远的太空旅行。

太空转身

知识点:角动量守恒

实验现象:三位航天员展示了太空漫步及转身。这个原本在地面上轻易能做的普通动作,在太空中却隐藏着很高的物理知识。太空中人体上半身左转时,下半身右转;手臂左转时,身体其他部分将右转。

原理解读:黎鹏分析,在地面上,由于地球引力的作用,人与地面之间有压力和摩擦力,所以转身很容易;在太空完全失重的环境中,人和地面的压力、摩擦力消失,要实现转身就不太容易了,必须找到一个着力点,在力的作用下才能转身。如果没有着力点,人体还可以利用角动量守恒实现太空转身。

浮力消失实验

知识点:重力和浮力相辅相成

实验现象:在地球上,乒乓球会浮在水面。而王亚平在太空中将乒乓球送入水中,球却静止在水中。

原理解读:周月明介绍,重力和浮力是相辅相成。物体受到的浮力大小等于排开液体的重力,太空中重力消失了,浮力自然也没有。太空中的物体没有重力,因此物体没有浮力,所以只能静止在水中。不光是乒乓球,如果在太空中将一个铁球放在水面,它也不会沉下去。

水膜张力实验

知识点:液体表面张力

实验现象:王亚平将一个金属圈插入饮用水袋并抽出后,形成了一个透明的水膜。然后她往水膜表面贴上一片小纸花,纸花在水膜上缓缓绽放,水膜依然完好。接下来,王亚平不断往水膜里注水,水膜很快成为一个晶莹剔透的大水球。

原理解读:刘力解释,由于液体与空气接触形成表面层,液体表面相邻液面之间的相互作用表现为张力。不管是地球上还是太空中,液滴产生表面张力的原理以及表面张力大小都是一样的。地球上水的表面张力受到重力的干扰,一旦膜大了,水的重力会把这张膜“撕破”,所以不能在地面上形成稳定的大水膜。而在太空中,水珠没有了重力的干扰,在表面张力的作用下,就能形成一块完整的膜。由于表面能与表面积成正比,为保持稳定,液体趋于球体,这就是水膜不断注水并能渐渐形成水球的原因。

水球光学实验

知识点:透镜成像原理

实验现象:当上一个实验中的水膜经过注水变成大水球后,上面映出王亚平倒立的人像。当她往水球中注入空气,水球上呈现出一大一小、一正一反的双重人像。注入空气部分映出的脸是正的,而空气周围充满水的部分,脸仍然是倒立的。

原理解读:周月明介绍,由于水中光的折射率小于空气中光的折射率,所以水球可以看作一个凸透镜,能汇聚光线。王亚平站在远处,大家眼里看到的是她倒立缩小的像。往水球中注入空气,空气球部分相当于一个凹透镜,会发散光线,所以大家看到的是她正立缩小的像。

泡腾片实验

知识点:微重力环境

实验现象:王亚平往蓝色水球里塞入半片泡腾片,做了一个蓝色的太空欢乐球。水球中产生了很多小气泡,但气泡没有离开水球,而是一直附着在容器内部。

原理解读:刘力解释,泡腾片中含有碳酸盐与酸类成分,在水中反应生成不稳定的碳酸,碳酸分解产生二氧化碳气体,无法继续溶于水的气体以气泡的形式存在。

在地面上,水的自重而产生的压强在气泡周围不均匀,总体上,下侧压强比上侧压强大,净力为向上的浮力,浮力大于气体自重,气泡上浮;而在微重力的空间站中,压强差不再明显,浮力无法体现。此时水的表面张力起到了决定性作用,气泡被表面张力约束,就不会逸出到水球外。

【纠错】编辑:周喆宇

Copyright ? 2001-2021 湖北荆楚网络科技股份有限公司 All Rights Reserved

营业执照增值电信业务许可证互联网出版机构网络视听节目许可证广播电视节目许可证

关于我们 - 版权声明 - 广告服务在线投稿

版权为 荆楚网 www.cnhubei.com 所有 未经同意不得复制或镜像

imtoken钱包app下载