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解说王亚平太空授课的两个细节

【本文原文最初发表于我的科学网博客】

今天上午,我上人民网看了王亚平的太空授课。不过我不小心错过了开头而部分,是从单摆看起的,感觉王亚平老师的演示实验做得非常精彩,解说语气很有亲和力,聂海胜助教和张晓光摄像师也都尽职尽责。不过,限于时间和听课对象的情况,王老师在课上所做的各个演示物理实验的描述与解说并不十分充分,因此我想写出这篇博文,再补充一些对具体实验现象细节的解说。

1、 陀螺支架越转越快

我们可以看到,在陀螺被王亚平拉动开始高速旋转时,陀螺支架被握在手里,并不旋转,但整个陀螺脱手飞出时没有明显的旋转,但随后却越转越快,这个支架的旋转方向和陀螺的方向一致。这个现象说明,陀螺轴和支架轴承之间存在着摩擦,它会导致陀螺的转速的不断下降和支架转速的不断上升,直到二者达到相同的转速为止。如果不考虑空气的阻力作用,在这个过程中陀螺系统(陀螺+支架)将保持角动量守恒。

2、 气泡在水球中随意悬停

在地球表面,液体中的气泡都会自动上浮,而且在到达上表面后经常会逸出,而在王亚平演示的实验中,向水球内部注入气体后形成的气泡却可以悬停在水泡中的任意位置。这是因为在地面上,由于重力存在,液体内部会由于高度差产生液体压强差,置于其中的气泡由于浮力作用而上浮,在失重环境下,浮力消失,气泡就不会“向上”(此时本来就无所谓常规意义中根据“重力竖直向下”而定义的“上下”了)浮起了。因为它在水球内部随意悬停,几乎静止不动,所以可以在内部停留很久,此时气液界面有内外两个,因为二者实际不能相遇,而不会因为体系的要达到最小表面能的趋势而造成气泡的迅速消失。

 



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