太空称重
王亚平拿出两个完全一样的弹簧。弹簧的底端分别固定了两个质量不同的物体。如果在地面,由于这两个物体质量不同,所以这两根弹簧的伸长量肯定是不同的。但在太空中,两个弹簧却停留在了同一位置,无法显示出两个物体质量的差别。
那在太空中航天员想要知道自己是胖了还是瘦了,该怎么办呢?王亚平接下来向大家展示了测质量的装置——“质量测量仪”,并请聂海胜共同演示。首先让聂海胜固定在质量测量仪上,然后王亚平把连接运动机构的钢丝绳拉到指定位置,之后拉力会使他回到初始位置,这样就测出了他的质量:74千克。
这台质量测量仪用的是什么物理原理呢?王亚平解释说,其实就是我们学过的牛顿第二定律。“物体受到的力等于它的质量乘以加速度。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,就是刚才把聂海胜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。”
太空单摆
王亚平展示了一个支架,细绳将小球连接在支架上,形成了一个我们地面上常见的单摆。并将小球拉起,但小球并没有像在地面上一样做往复摆动,再把小球提高一点,松手,它还是没有做往复摆动,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。
接下来王亚平推了小球一下,小球竟然在做圆周运动!再换个方向演示,小球仍然在做圆周运动!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。
太空陀螺
王亚平展示了一个陀螺,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。
她先是把静止的陀螺悬空放置,给它一个干扰力,这个静止的陀螺就会翻滚着向前运动,它的轴向发生了很大的改变。之后把它抓回来让它旋转起来,这次,它不翻滚了,而是晃动着向前走。王亚平再次把它抓回来。又拿出另一个陀螺,让它们一个静止,一个转动,给它们同样的干扰力,结果静止的陀螺开始翻滚着向前移动,而旋转的陀螺虽然是晃动但是轴向基本没有改变。
太空水膜
王亚平又展示了一个在太空中喝水用的饮水袋并打开,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。王亚平挤出一个水滴,并张嘴把飘浮在空中的水滴吃了进去,之后她拿出一个金属圈,把水袋打开,把金属圈慢慢地放到水袋里,轻轻地拉出来,做成了一个漂亮的水膜。
地面上有重力的影响,所以水膜很容易破裂,而在太空中,由于处于失重状态,水的表面张力就能轻松地形成水膜。为了验证这个水膜是否结实,王亚平先是轻轻地晃动它,它没有轻易地破裂,而是甩出来一些小水滴,这个小水滴被航天员用吸水纸收集走,以避免它们到处乱飞影响设备安全。
接下来王亚平试着把一个中国结贴到水膜的表面,看它能不能承受住这个中国结。贴上了!看来这个水膜还是足够结实!
太空水球
王亚平重新做了一个水膜,并一点点地往水膜上加水,水膜在一点一点地变厚,最终变成了一个亮晶晶的大水球。可以看到,水球的中间有很多小气泡,这是因为刚才注水用的饮水袋中本身就存在着很多小气泡,王亚平用一个注射器把这些小气泡抽出来。现在水球看起来像一个透镜,透过它可以看到王亚平的倒影。
随后王亚平用注射器往水球中间注入了两个气泡。这两个气泡并没有融合到一起,而是单独地存在着。接下来,王亚平又把红色的液体慢慢注入到水球中,红色的液体在水球中慢慢地散开,透明的水球已变成一个红色水球。(记者 蔡文清)