冰墩墩太空空翻？可用液體搭橋？人類太空授課珍貴畫面來了_風聞

“網課天花板”又更新啦！

2022年3月23日下午15點40分許，我們的“太空出差三人組”又給地球人帶來天宮第二課了！

來源：央視新聞

什麼？什麼？聽説在中國空間站上：

王亞平老師製作出了**“****冰球”**？

頂流冰墩墩上太空了？

在太空可用液體搭一座橋？

還有天地互動？

搬好小板凳，重點來了~

太空“冰雪”實驗

失重狀態下飽和液體結晶現象會是怎樣？

在地面上，利用飽和液體結晶是分離和提純固體物質的一種方法。

來源：中國數字科技館、科普中國

過飽和溶液是指濃度超過理論平衡濃度的溶液，多餘的溶質會析出結晶，通過過濾、洗滌、烘乾等步驟可以提取到純度更高的固體物質。

過飽和溶液是一種不穩定的狀態，受到外界因素擾動時，容易結晶。**結晶會受很多因素影響，如温度、壓力、剪切力、超聲、外界磁場等。**結晶的過程是在外界因素的影響下首先形成晶核，晶核逐漸長大完成結晶過程。

天宮課堂中王亞平老師在前兩次擠過飽和溶液的過程中，在管口即發生結晶現象也説明了過飽和溶液的不穩定性，擠壓帶來的壓力誘導了結晶。

在失重條件下，醋酸鈉溶液可以脱離容器成為穩定的液體球。王亞平老師通過蘸取結晶核的方式誘導醋酸鈉過飽和液體球迅速完成結晶。結晶是一個放熱的過程，所以冰球摸上去熱乎乎的。

來源：央視新聞

來源：中國數字科技館、科普中國

在地面只能在容器中進行過飽和溶液的結晶實驗，結晶時生成的冰晶形狀與容器一樣，無法和空間一樣成為冰球。

液橋演示實驗

失重環境下水的表面張力還在嗎？

液橋是兩個固體之間的小液體柱。

**液體表面張力是作用於液體表面，使液體表面積縮小的力。**液體都具有表面張力，尤其在失重作用下，表面張力更會“大顯神威”。

表面張力使得液體表面相當於存在一個類似**“彈性薄膜”**一樣的東西，束縛着液體的運動。它的本質是液體跟氣體接觸的表面存在一個薄層，叫做表面層，表面層裏的分子比液體內部稀疏，分子間的距離比液體內部大一些，分子間的相互作用表現為引力。就比如拉開彈簧時，彈簧反而表現具有收縮的趨勢。

在地面重力作用下，由於表面張力很弱，所以在正常重力環境下形成的液橋尺寸很小（通常只有幾毫米），超過這個尺寸，液橋將無法平衡其重力而垮塌。

來源：中國數字科技館、科普中國

而在太空中，由於失重作用，可以形成直徑很大的液橋，ISS（國際空間站）上曾經搭建過直徑50毫米的液橋。

指間的液橋

圖片來源：http://www.csu.cas.cn/kxcb/kpdt/201609/t20160907_4659506.html

地面上液橋的尺寸雖小，可是卻不能小看它的作用哦！仔細觀察，生活中液橋的例子有很多：

沙灘上，乾燥的細沙摻水後能捏出各種形狀；（這是由於水在細微的沙子顆粒之間形成了液橋，使得散沙能聚集在一起）

光滑的桌面上，蘸水的白紙被黏住，也是因為紙和桌面之間形成了液橋；

……

水油分離實驗

失重環境下水油分層現象會消失嗎？

在地面上，水和油是分層的，總是水在下面，油在上面。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。

來源：央視新聞

但是在空間站中，由於幾乎沒有重力影響，密度大的不再下沉，密度小的也不再上浮，**水和油混在一起，****看不出二者的界限。**通過旋轉，可以實現水和油的分層。

那麼這是為什麼呢？

來源：央視新聞

在相同體積的情況下，水的密度大於油，水的質量更大。根據向心力公式F=mrw2，當角速度w和半徑r相同時，質量m大，水滴需要的向心力越大，即等效的離心力也就越大，所以質量更大的水被甩到了瓶底。水和油實現了分層。

太空拋物實驗

天上地下拋物軌跡有啥區別？

在地面拋出物體，由於一直受到豎直向下的重力作用，分析它的運動軌跡，主要看拋出的速度沿着什麼方向：

拋出速度在豎直方向時，不論上拋還是下拋都是直線變速運動；

當拋出物體的速度不再沿着豎直方向，不論是斜着拋出，還是水平拋出，物體運動都是曲線變速運動。

而在太空，由於在空間站艙內，物體幾乎不受重力作用，不論往哪個方向拋，幾乎都可以看作是勻速直線運動，因為物體只受到微弱的空氣阻力作用，速度方向和大小的變化都很微小。

來源：央視新聞

因此，在空間站艙內拋物要警醒，航天員要化身“哈利波特”，抓取飛物要穩準狠，才能防止物體碰到其他儀器設備。

有人説，空間站離地球很近，大約在400公里，如果按照g=GM/r2計算的話，重力加速度大約為地面的0.9左右，重力加速度這麼大，為什麼是微重力呢？

空間站的微重力原理

來源：http://www.cmse.gov.cn/xwzx/zhxw/202203/t20220315_49392.html

這是因為空間站繞地球運動，會有離心力作用，而它受到的重力與受到的離心力正好抵消，所以，艙內所有的物體就不受重力作用了，會漂浮起來。

本文專家：劉豔，中國科學院空間應用工程與技術中心