人间天上知几许

    时间： 2013年6月20日上午10时

 

    地点： 天宫一号实验舱——

 

    中国人民大学附属中学报告厅

 

    授课人：神舟十号航天员王亚平

 

    太空测量质量

 

    王亚平：同学们，你们想想看，我们这台质量测量仪用的是什么物理原理呢？其实就是我们学过的牛顿第二定律。我们知道，“物体受到的力等于它的质量乘以加速度”。那如果我们想办法测出力和加速度，就可以算出质量了。因此，我们设计了一个“弹簧—凸轮”机构，能够产生一个恒定的力，就是刚才把指令长拉回到初始位置的力。我们还设计了一个光栅测速系统，能够测出刚才身体运动的加速度。然后根据牛顿第二定律，就可以算出身体的质量了。怎么样，很巧妙吧！

 

    王亚平：接下来我想再问同学们一个问题，在太空中除了可以用这种装置测质量外，还能有什么办法测质量呢？同学们注意看我的操作，来小小地启发大家一下！这是我刚才展示的弹簧。现在，我把两个弹簧拉到同一位置，松手，同学们你们看到了吧？两个物体的振动频率明显不一样。这一现象与地面上是完全一样的。那同学们想想看，我们可不可以利用这一现象来设计出一种测质量的方法呢？这个问题就留给你们来慢慢思考吧。

 

    太空单摆运动

 

    王亚平：好，开始我们的下一个演示。同学们看，这是一个支架，这根细绳将小球连接在了支架上，形成了一个我们地面上常见的单摆。现在，我把它固定到我们的展示平台上。现在我把小球放到这个位置，同学们想一下，如果此时我松手，小球会出现什么样的现象呢？噢，它并没有像在地面上一样做往复摆动，那我们把它提高一点，放到这儿，再松手，嗯，它还是没有做往复摆动，这是为什么呢？因为在太空中小球处于失重状态，没有了回复力，所以不能像在地面上一样做往复摆动。

 

    王亚平：那如果我们推小球一下，小球又会如何运动呢？同学们你们看到了吗？非常的神奇，现在小球竟然在做圆周运动。好，我们换个方向再来给大家演示一下。哎，它仍然在做圆周运动，这是因为在太空中，小球处于失重状态，即使我们给小球一个很小的初速度，它也能绕摆轴做圆周运动；但是在地面上却需要一个足够大的初速度才能够实现。

 

    王亚平：同学们你们可以对比一下地面的单摆运动，它们不一样吧？好，在开始我们的下一个演示之前，同学们，你们有什么问题吗？

 

    同学：王老师好，我非常羡慕您能够漂浮在空中给我们讲课，我想知道你们在太空里还有没有上和下的方位感呢？谢谢。

 

    王亚平：嗯，这是一个非常有意思的问题，这样吧，让我首先来给大家表演一个杂技。不过呢要请我们的指令长帮一下忙，先把我转90度。现在呢，对我来说，这边是上，这边是下。好，请指令长再把我转90度，现在呢，对于我来说，这边又是上，这边又是下。好，让指令长把我转回来吧。同学们你们看到了吧？在太空中我们自身的感觉，在方位上无所谓上和下的区别，无论头朝向哪个方向，我们自身的感觉都是一样的。不过在天宫里，为了便于工作和生活，我们也人为地定义了上和下，并且把朝向地球的一侧作为是下方，并铺设了地板。

 

    太空陀螺运动

 

    王亚平：接下来呢，我给大家展示一个我们小的时候都很喜欢玩的玩具。同学们，你们知道它是一个什么吗？

 

    同学：陀螺。

 

    王亚平：嗯，我相信你们都知道，它是一个陀螺。我们都知道，高速旋转的陀螺具有很好的定轴性，陀螺这一定轴特性在天上地上是完全一样的，因此有很多设备都是用陀螺组合来定向，那在我们居住的天宫里，也安装了不少的利用陀螺的定轴性原理制作的仪器，用来测量航天器的姿态。

 

    王亚平：不过接下来我要给大家演示的现象，在地面上可是很难做到的，不过在太空失重环境中就很容易实现。你们要仔细地看哦！现在，我把静止的陀螺放在这儿，给它一个干扰力，哎，同学们，你们看到了吧。现在这个静止的陀螺在翻滚着向前运动，它的轴向发生了很大的改变。好，把它抓回来。现在，我要让它旋转起来，把这个旋转的陀螺放到同样的位置，给它同样一个干扰力，这次，它不翻滚了，而是晃动着向前走。

 

    王亚平：好，把它再抓回来。我们这里还有一个陀螺，它们俩是一样的。为了让同学们看得更清楚一些，接下来我要把它们俩放到一起，一个静止，一个转动，给它们同样的干扰力，首先我们让其中的一个转起来，把它放到上面，把这个静止的陀螺放到下面，给它们同样的干扰力。非常的有意思，现在静止的陀螺翻滚着向前移动，而旋转的陀螺虽然是晃动但是轴向基本没有改变。

 

    太空制作水膜

 

    王亚平：刚才我们给大家演示了一些物体运动的现象，接下来呢，我要给大家演示一些与水有关的有趣现象。同学们看，这是一个我们在太空中喝水用的饮水袋，这里有一个止水架，现在我把它打开，如果在地面，此时水肯定是会流下来的。但是，在太空中失重环境下，水是不会自己流出来的。我想，如果诗人李白在天宫中生活，大概他就写不出“飞流直下三千尺”的诗句了。因为在失重状态下，根本就不可能会“飞流直下”。

 

    接下来我要挤出一个水滴。同学们，你们看到这个可爱的、漂亮的小水滴，有没有想到“晶莹剔透”这个词呢？我真想多做几个，把它们串成一串水晶项链，送给你们。为了避免它到处乱飞，我要用独特的方法来收集它。正好可以润润嗓子。（王亚平张嘴把漂浮在空中的水滴吃了进去，这个奇妙的画面引起地面课堂上学生的一阵惊叹。）

 

    王亚平：同学们看，这是一个金属圈，这是我们喝的普通水，那么我能用它们做出什么来呢？大家睁大眼睛注意看哦。首先把水袋打开，把金属圈慢慢地放到水袋里，轻轻地拉出来。同学们，见证奇迹的时刻就要到了。（鼓掌）

 

    王亚平：我做成了一个漂亮的水膜。看来在失重状态下，普通水也可以形成这么大的一个水膜，这在地面上可是很难做到的，因为在地面上有重力的影响，所以水膜一出水，就容易破裂，而在太空中，由于处于失重状态，水的表面张力就会“大显神威”，所以就能轻松地形成水膜。那这个水膜结实吗？我们来验证一下。现在轻轻地晃动它，同学们看到了，即使我来回地摇晃它，它也不会轻易地破裂。（地面课堂响起掌声）而是甩出来一些小水滴，不过这个小水滴我们要用吸水纸将它给收集走，避免它们到处乱飞影响我们的设备安全。

 

    王亚平：接下来我要试着把一个中国结贴到水膜的表面，看它能否承住这个中国结。好，现在把中国结轻轻地贴到水膜的表面。哎，贴上了！（地面课堂响起掌声）现在中国结已经被贴附到了水膜的表面，看来这个水膜还是足够结实的！

 

    太空制作水球

 

    王亚平：在太空中，由于处于失重状态，我们见到了很多地面很难见到的景象。接下来还有更神奇的，你们想看吗？

 

    同学：想！

 

    王亚平：让我们来试一下。首先，我们还是重新做一个水膜。那如果我们往水膜上加水它会出现什么样的变化呢？现在，我们一点点地往水膜上加水。

 

    王亚平：好，现在水膜在一点一点地变厚。

 

    王亚平：好，现在水膜已经变成了一个亮晶晶的大水球。那同学们，在地面上你们能够做到吗？（笑声）同学们，现在你们可以看到，水球的中间有很多小气泡，你们知道这是为什么吗？对了，因为在我们刚才注水用的饮水袋中本身就存在着很多小气泡，现在我们把这些小气泡抽出来。

 

    王亚平：你们看，这个水球像不像是一个透镜，透过它，你们还可以看到我的倒影呢。（地面课堂响起掌声）

 

    王亚平：现在我要用注射器往水球中间注一个气泡。气泡破了，没关系，我们再重新注一个。

 

    王亚平：好。（地面课堂响起掌声）哎，这两个气泡并没有融合到一起，而是单独地存在着，看来不一样的环境会有不一样的现象哦。现在，我们要把气泡抽出来。

 

    王亚平：刚才我们是把气注射到了水球中，接下来，我要把带颜色的液体注入到水球中，看看又会出现什么样的现象。同学们看，这里面装的是红色的液体，现在我就把它慢慢地注入到水球中。

 

    王亚平：同学们，你们看到了吗？现在红色的液体在水球中慢慢地散开了。好，非常非常的漂亮。现在，透明的水球已经变成了一个红色的水球。好，让我们摄像师的镜头多停留一会儿，我们多欣赏一下这美妙的景象。

 

    （聂海胜用吸水纸把水球吸走。）

 

    天地奇妙问答

 

    同学：刚才的水实验我感觉非常有趣，我还想知道这些实验用水是您们从地面带上去的，还有就是天宫的生活用水，可以循环使用吗？

 

    王亚平：嗯，这个问题呢，我想请我的指令长来给你回答吧。

 

    聂海胜：我们天宫一号上使用的水都是从地面上带上来的。在太空，资源的循环利用非常重要和有价值。这需要有先进的技术和庞大的设备，因此在短期飞行当中，一次性用水更经济。我国的空间站将采用先进的资源再生和循环利用技术，在天宫一号里，我们也进行了部分相关关键技术的验证实验，我国科研人员将把中国的空间站建设成为运行高效、节约的空间站，谢谢。

 

    同学：亚平老师，您在太空中能看到太空垃圾吗？天宫一号是否有应对太空垃圾的防护措施呢？

 

    王亚平：嗯，在我们飞行的这几天，我们还没有看到太空垃圾。不过事实上，太空垃圾确实是存在的，虽然它与航天器相撞的几率很小，但是数量却不少，而且一旦与航天器相撞，后果将不堪设想。因此，在发射前，我们就对太空垃圾进行了预警分析，也对我们的天宫一号进行了相应的规避和防护措施，确保航天员的安全，谢谢。

 

    同学：航天员老师您好，我想问您一个问题，就是您在太空中需要生活很长时间，那么您采取了哪些措施来应对失重环境对身体带来的不利影响？

 

    王亚平：嗯，这个问题呢，还是请指令长来给你回答吧。

 

    聂海胜：在太空，航天员会遇到失重、噪声、狭小环境等不利因素的影响。失重会造成人体心血管失调、肌肉萎缩等，为了有效地对抗失重，我们通常采用体育锻炼、药物和体液重新分布等办法来进行保护。这次我们也从地面上带来了很多设备，例如企鹅服、套袋、拉力器、自行车动量计等。我们现在上课的这个小讲台，就是由一个自行车动量计改造的，等一会儿上完课之后，我们把它马上组装成为一个太空锻炼的自行车，谢谢。

 

    同学：王老师，您好，请问您看到的窗外的景色和地面上看到的有什么不同吗？能看到UFO吗？星星还会闪烁吗？

 

    王亚平：透过舷窗，我们可以看到美丽的地球，还可以看到日月星辰，但是到目前为止我还没有看到UFO。由于我们处于大气层之外，没有了大气的阻挡和干扰，所以我们看到的星星是格外的明亮，但是看到的星星就不会闪烁了。同样，由于没有了大气对光的散射作用，我们看到的天空不是蓝色的而是深邃的黑色。另外呢，我要告诉你们一个很奇妙的现象，就是现在我们每天都可以看到16次日出，因为我们每90分钟就可以绕地球一圈。

 

    （本版内容根据光明网整理）