史峰

2013年6月20日，女航天員王亞平在“天宮一號(hào)”上給大家上了一節(jié)課，在課堂上王老師為大家做了五個(gè)精彩的實(shí)驗(yàn)。大家在觀看這些實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定會(huì)感覺很神奇，那神奇背后的科學(xué)原理你明白嗎？下面就向你們揭示其中的幾個(gè)秘密吧。

太空中永不停止的“單擺懸?！?/p>

先看看“單擺懸?！保篢型支架上，細(xì)繩拴著一顆小鋼球。這是物理課上常見的實(shí)驗(yàn)裝置——單擺。王亞平把小球拉升到一定高度后放手，小球并沒有像在地面那樣往復(fù)擺動(dòng)，而是懸停在了半空中。王亞平用手指輕推小球，小球開始繞著T型支架的軸心做圓周運(yùn)動(dòng)。

再說說原理：在地面上，被細(xì)繩牽著的小球受到地球引力的作用向下運(yùn)動(dòng)，并且下落的

速度會(huì)越來越快，因此，小球向下的“沖力”就越來越大，當(dāng)它下落到最低點(diǎn)的時(shí)候，小的

“沖力”就會(huì)大于地球引力。

由于被細(xì)線牽著，所以小球會(huì)在“沖力”慣性的作用下越過“最低點(diǎn)”，然后改變方向，向上爬升。在向上爬升的過程中，小球的速度會(huì)越來越慢，向上的“沖力”也越來越小了，當(dāng)小球向上的“沖力”小于地球?qū)λ囊r(shí)，它就會(huì)掉頭向下沖。如此反復(fù)，小球形成了“左右擺動(dòng)”的狀態(tài)。

為什么在太空中則出現(xiàn)迥然不同的現(xiàn)象呢？在太空中，地球?qū)π∏虻囊σ呀?jīng)消失，沒有引力向下“吸引”，又沒有其他方向的力量推動(dòng)，所以小球就懸停不動(dòng)了。當(dāng)王亞平輕輕推小球時(shí)，小球就得到了一個(gè)推力，由于這個(gè)推力沒有其他阻力來干擾，所以“動(dòng)能十足”，只輕輕一推，小球就會(huì)“拼命”地在細(xì)線的牽引下做圓周運(yùn)動(dòng)。

從理論上講，如果小球只受到王亞平的“推力”，沒有其他引力來“干擾”，小球就會(huì)在推力的作用下永遠(yuǎn)旋轉(zhuǎn)下去。

太空中亂翻跟斗的陀螺定軸

接下來，王亞平老師又取出一個(gè)紅黃相間的陀螺懸放在空中，用手輕推陀螺頂部，陀螺就翻滾著飛向遠(yuǎn)處。接著，她又取出另一個(gè)陀螺，這次先讓它旋轉(zhuǎn)起來，再用手輕輕一推，旋轉(zhuǎn)的陀螺就不再翻滾著飛走，而是保持著固定旋轉(zhuǎn)姿態(tài)向前飛。

這可和地面上的陀螺不一樣哦！在地面上，旋轉(zhuǎn)起來的陀螺有一個(gè)特性，就是它的旋轉(zhuǎn)軸能克服外力干擾，不會(huì)改變方向。其實(shí)，我們?cè)谕婢卟坏刮讨?，就能看到陀螺的這個(gè)特性。但陀螺在地面上旋轉(zhuǎn)時(shí)，它的旋轉(zhuǎn)能量很快會(huì)被空氣阻力和摩擦力抵消掉，轉(zhuǎn)速會(huì)很快減慢下來，其在旋轉(zhuǎn)下才具有的“定軸性”很快就會(huì)消失，這就是陀螺在地面上旋轉(zhuǎn)一會(huì)兒就倒下來的原因。

在太空中，陀螺沒有了摩擦力和空氣阻力等力量干擾其旋轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)起來的陀螺可以永遠(yuǎn)高速旋轉(zhuǎn)，有了這種長(zhǎng)時(shí)間的高速旋轉(zhuǎn)，陀螺的“定軸性”就展現(xiàn)得特別明顯：無論王亞平給予什么方向上的推力“干擾”它，它都能保持原來的軸向旋轉(zhuǎn)，不會(huì)翻滾。另一個(gè)沒有旋轉(zhuǎn)起來的陀螺，因?yàn)闆]有定軸，所以用手輕輕一碰，它就會(huì)前滾后翻，東倒西歪。

太空中的豎直水膜表面能掛中國結(jié)？

再看看太空中的神奇水膜吧。王亞平老師把一個(gè)金屬圈插入飲用水袋中，慢慢抽出金屬圈，豎起來，金屬圈內(nèi)就形成了一個(gè)豎直方向的水膜?；蝿?dòng)金屬圈，水膜也沒有破裂；往水膜表面掛上一片畫有中國結(jié)圖案的塑料片，水膜依然完好。

再說說其中的道理：液體表面存在一種表面張力——就是水面被向內(nèi)拉緊的力量?！八妗北槐砻鎻埩o后的結(jié)果是什么呢？結(jié)果是，水面會(huì)變得和橡皮膜一樣結(jié)實(shí)。在地面上形成的水膜其實(shí)也是“橡皮膜”，只不過在地面上這種“橡皮膜”存在的時(shí)間特別短，所以等不到你掛上中國結(jié)，它就爆了。

為什么地面上的水膜存在的時(shí)間會(huì)很短呢？因?yàn)橛械厍蛞Φ挠绊懷?。因?yàn)榇嬖谥亓Γ运ど系乃畷?huì)很快沿著重力的吸引方向向下匯聚，水膜四周就會(huì)快速變薄，結(jié)果眨眼就薄到爆掉了。

在太空中，沒有重力的向下吸引，水膜上的水就不會(huì)朝著重力的方向匯聚，水膜就可以厚薄均勻地如一塊“像皮膜”一樣長(zhǎng)時(shí)間存在，所以王亞平就有足夠的時(shí)間在上面掛一個(gè)中國結(jié)。

當(dāng)然，在地球上長(zhǎng)時(shí)間且結(jié)實(shí)存在的水膜也是有的，比如水平方向的水面，其實(shí)就是一個(gè)比較結(jié)實(shí)的水膜——你常會(huì)看到有些水生昆蟲在水面上行走自如，你甚至可以在這樣的水面上小心地放上一枚硬幣而不會(huì)下沉。也就是說，在地球上保持一個(gè)水平水面是可以的，但制作并保持一個(gè)豎直方向的水面就不容易了，因?yàn)樗畷?huì)向下流嘛。太空中，因?yàn)樗彩е亓?，它們不?huì)向下流，所以就可以制作并長(zhǎng)時(shí)間地保留一個(gè)結(jié)實(shí)的豎直水膜來掛中國結(jié)了。