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航天专家解读神十航天员太空授课物理原理

【2013年06月20日 23:12:59】【来源:新华网】【字体: 】【颜色: 绿 】【我说两句()

  新华网北京6月20日电(记者白瑞雪 赵薇 任珂)20日上午举行的太空授课活动中,我国第一位“太空教师”王亚平通过质量测量、单摆运动、陀螺运动、水膜和水球等5个物理实验,展示了失重环境下物体运动特性、液体表面张力特性等物理现象,并通过视频通话与地面课堂师生进行互动交流。

  这些美妙的实验反映了什么样的物理原理?天地物理特性的差别给航天飞行带来什么影响,在航天活动中有什么样的应用?清华大学航天学院副教授王兆魁对这些问题进行了解读。

  

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  图表:天宫一号太空授课:太空质量测量 新华社记者 张勋 林汉志 编制

  实验一:质量测量——牛顿第二定律

  实验过程:王亚平首先展示两支完全一样的弹簧,它们分别固定了两个不同质量的物体。画面显示,两个弹簧平衡在同一位置,无法测量出物体的质量差别。随后,镜头转向天宫一号中用于测量质量的“质量测量仪”。聂海胜把自己固定在支架一端,王亚平轻轻拉开支架,一放手,支架在弹簧的作用下回复原位。LED屏显示出聂海胜的质量:74公斤。王亚平解释说,质量测量仪通过弹簧产生力并测出力的加速度,然后根据牛顿第二定律就可以算出质量。

  专家解读:这个实验生动地说明了牛顿第二定律的基本原理——“物体加速度的大小跟物体受到的作用力成正比,跟物体的质量成反比。”这是一个在一切惯性空间内普遍适用的基本物理定律,不因物体的引力环境、运动速度而改变,因此在太空和地面都是成立的。

  在地球表面,由于受到地球引力的作用,物体的质量体现为重量。物体悬挂在弹簧秤上时,弹簧的拉力和物体受到的地球引力达到平衡,因此可以从弹簧秤的读数中得到物体的重量。而在绕地球高速运动的飞船里,地球引力被飞船的离心力所平衡,飞船内部不再有地球引力的影响,也就没有了重量的概念,因此弹簧秤就没有读数。

  天宫一号里的“质量测量仪”直接运用了牛顿第二定律,利用作用力和物体加速度的关系确定物体的质量。这个原理在航天活动中有着广泛的应用。例如,航天器的燃料消耗一段时间后,总质量会发生变化,可能影响轨道控制的精确度。这时就可以开启推力器并同时测量航天器的加速度,从而计算出航天器的质量。

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