老师在太空教室在宇宙,中国孩子的炸裂物理课!

教育   2024-09-30 07:40   江苏  

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你听过最厉害的物理课是什么?
是邀请顶级的物理教授讲解?
还是直接硬核科普一波?
爆爆听过最厉害的物理课
航天员们把课堂搬到了太空
这精彩的“天宫课堂”
点燃了无数中国青少年的航天梦想

在天宫课堂主要展示的
都是由于微重力环境带来
地表有显著差异的实验
让我们一起来看看这些神奇的实验吧



一、球形火焰实验

空气在被火焰加热后
密度就会变小
会导致热空气上升冷空气下降
形成对流
这使得火焰通常呈现为向上的形状
而对流也是台风、龙卷风产生的原因
所以我们把这类天气称为强对流天气


热空气上升、冷空气下降这样的对流现象
仅在重力环境下才会产生
在太空那种几乎不受重力的环境中
没有重力引发的对流
燃烧产生的热空气不再仅仅朝着上方流动
周围的冷空气也不会下降进行补充
所以火焰能够向各个方向均匀扩散
进而形成球形
观察到的火焰大部分为蓝色
这正是对流十分微弱、燃烧温度较低的证明



二、奇妙“乒乓球”实验

空间站进行一场“乒乓球”比赛

需要准备什么呢?

答案是:球拍、毛巾、水球


在太空微重力环境下
液体的表面张力和内聚力等特性更加明显
挤出的一团由于液体表面张力
而凝成球状的水珠
如果用普通乒乓拍去击打它的话
水球“乒乓球”没有破裂
也没有被拍出去
而是牢牢粘在球拍上



但是在使用毛巾做的球拍
水球不仅没有被毛巾吸收
反而被弹开了

这是因为除了表面张力

水球不容易破裂之外

毛巾的表面布满了疏水的微绒毛

具有很好的疏水性能



所以只要用两块毛巾做球拍

宇航员们就可以在空间站愉快地

“打乒乓”了




在生活中经常能看到疏水性的材料
比如出淤泥而不染的荷花荷叶
荷叶的表面具有微米级的凸起
纳米级的蜡质晶体结构
这种微纳米双重结构使荷叶表面
具有超疏水性


还有一些眼镜镜片会采用纳米疏水性涂层
这种涂层可以使镜片表面不易沾水、沾油
保持清晰的视野
当水滴落在镜片上时
会迅速形成水珠滚落
而不会在镜片上留下水渍



三、动量守恒实验

物体的动量指的是其质量与速度的乘积
在多个物体组成的系统中
所有物体的动量之和应当是个定值
也就是两个或多个物体在相互作用前后
它们的总动量保持不变
这就是动量守恒定律

为了验证这个定律
宇航员们取出两个
质量相同(均为500克)的钢球
当右边的钢球撞击左边原本静止的钢球后
前者停止运动
后者则向左飞出


这其实是两个小球在碰撞的时候
进行了动量交换
因为两个球的质量相等
所以碰撞后左球的速度
等于碰撞前右球的速度

然后宇航员将左侧的钢球
换成了100克的小球
依旧用右侧500克的钢球撞击它
可以看到原本静止的小球
在碰撞后开始运动
但是大球却没有像第一次那样停下来
还是按原来的方向继续运动


为什么要在太空做这个实验呢?
在太空的微重力环境
物体几乎不受重力的影响
这意味着在进行动量守恒实验
重力这个外力对实验系统的影响可以忽略
没有了重力引起的加速度和运动变化
实验的运动更加纯粹地遵循动量守恒定律
实验的结果更加清晰地展示动量守恒的本质


四、又见陀螺实验

最后航天员们还做了陀螺实验
航天员手握快速自转的陀螺
陀螺的转动方向改变
航天员的身体的旋转方向也会随之改变



这是由于陀螺快速自转产生了角动量
当改变它的转动方向时
角动量的方向也会产生变化
从而让航天员轻松地
实现了旋转方向的改变

在地球上陀螺会受到
重力、摩擦力、空气阻力等外力的作用
这些外力会影响陀螺的旋转稳定性
并且运动状态相对复杂
陀螺的自转轴会逐渐倾斜
最终导致陀螺倒下
太空微重力环境
为研究陀螺的运动提供了理想的条件
重力的影响几乎可以忽略不计
空气阻力也非常小
这使得陀螺的运动更加纯粹地遵循
角动量守恒定律
能长时间保持稳定的旋转状态

生活中旋转的物体都有角动量
比如旋转的陀螺或者花样滑冰运动员

以上图片来源皆来自网络


五、地球实验——“牛顿摆

同学们看了天宫课堂第四课的实验
以及相关的物理原理解析
现在已经弄清楚了吗?
其实想更好的掌握的科学原理
可以尝试自己动手做实验
能让大脑记忆更深刻

今天爆爆带大家制作好玩的牛顿摆实验
一起探寻能量传递的奥秘!

- 牛顿摆 -


材料



长立柱/大方框底座/金属球/定位板

摆上框/压线套/四孔立柱/棉线



步骤



-1-

将长立柱插到大方框底座上

把摆上框安装上去



-2-

将四孔立柱安装到定位板上



-3-

将定位板组件安装到底座上



-4-

把棉线分成五个等份剪下来,并绑在金属球上



-5-

将金属球放置在定位板上,棉线嵌在摆上框的卡槽上

调整校正五个球的位置,保持同一高度同一直线



-6-

套上压线套,剪掉多余棉线



-7-

将定位板移开



-8-

提起一端小球,再放手

出现牛顿摆效果



原理



用灯泡演示的能量传递过程


在这个实验中,你先用力推一颗玻璃球,让它撞向另外几颗并排挂在一起的玻璃球。当你推第一颗球的时候,它就会飞快地撞到第二颗球。但是,当它们撞到一起的时候,会发生一件很神奇的事情,第一颗球会停下来,而第二颗球会飞快地向前摆动,就像它被第一颗球的“推动力”传过去了一样。如果第二颗球的力气够大,它甚至可以继续把第三颗球推出去,而自己停下来。

这就叫“动量守恒”动量就是物体运动的力量,就像你在滑滑梯时那种冲下去的力量。在牛顿摆里,第一颗球的动量被传递给了第二颗球,所以第一颗球停了,第二颗球就开始动了。

牛顿摆就像是在告诉我们,物体的运动力量(动量)是不会无缘无故消失的,它只会从一个地方传到另一个地方


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