錢江晚報·小時新聞記者 鄭琳

“天宮課堂”第二課3月23日下午在中國空間站開講，航天員王亞平在航天員翟志剛、葉光富的密切配合下進行授課。

本次太空授課活動由航天員在軌演示裡許多有趣的實驗，介紹與展示空間科學設施。大家還看到可愛的冰墩墩驚喜出鏡。在天地互動中，地面的學生提了不少有趣的問題，空間站裡用北京時間嗎？看到的月亮有什麼不同？太空裡水能燒開嗎？

本期，我們邀請杭州第二中學物理老師王恺，以及他的學生們，一起來探讨天宮課堂裡的科學實驗，思考王亞平老師布置給大家的“課後作業”。

液橋實驗

液橋實驗再一次向我們展示了在微重力環境下液體表面張力的強大。

液體有減小自身表面積的趨勢，這種趨勢會體現為表面張力。表面張力能維持液體在太空中球形的狀态，也能促使荷葉等超疏水表面的水形成球形的水珠，如同第一課中展示的水球實驗一樣，當水處于兩塊玻璃闆間，液體一定程度依附于玻璃闆即可減小表面積，從而在兩闆間形成液橋。當松開兩闆後，兩闆迅速靠近，最終幾乎貼在一起，這也是表面張力的作用。有興趣有能力的讀者可以探究，水橋的形狀與哪些因素有關？能否給出水橋形狀與這些因素的定量關系？為了維持水橋的形狀，需要給兩塊玻璃闆提供多少力？

“熱”的冰雪實驗

溫度會影響溶質在溶劑之中的溶解度。乙酸鈉又稱醋酸鈉，其在水中的溶解度随溫度升高而升高。當一個高濃度的乙酸鈉溶液降溫時，在沒有凝結核的情況下，就有可能形成過飽和溶液，觸碰到凝結核時，最終乙酸鈉以晶體的形式析出。

在重力環境下，析出的晶體由于密度與溶液不同，在重力與浮力的作用下，一般會聚集在溶液底部或頂部。但在無重力環境下，析出的晶體則會分布在液體中，形成類似冰球的效果。

油水混合實驗

水和油是兩種化學結構并不太相似的物質，因此并不容易相互溶解。在日常環境中，如果把油水混合後攪勻，很容易看到油滴逐漸浮起在水面上。這時由于油滴密度更小，受到了周圍水的浮力。在重力環境下，兩者也不相溶。但如果将兩者混合在一起，卻不再有浮力将兩者分開，隻能維持混合的狀态。為了再次将其分離，我們需要“模拟重力”。

利用慣性離心将容器高速旋轉，而旋轉的液體做圓周運動時需要提供向心力。在液體參考系中觀察，液體仿佛受到一個力，好像要被甩出去，這就是常說的“離心力”，它對于轉動物體而言可以起到類似重力的效果。

浮力來源于重力，而有了“等效重力”也可以起到“等效浮力”的效果。在《星際穿越》等科幻作品中，就有旋轉的環形空間站的設想，可以模拟地表重力，使宇航員免受失重困擾。為了分離同位素，也可以利用慣性離心分離化學性質相同，但密度略有不同的同位素物質，分離後的産物可以應用于核電站燃料、前沿科學研究、武器制造等

王亞平老師的“課後作業”

看看杭二中學生怎麼回答

這次的天宮課堂中，王亞平老師給全國的學生布置了幾個“課後作業”，她提出的思考題，激起了杭二中同學們的興趣。王恺老師的學生們大開腦洞，踴躍回答。不僅如此，王恺老師還補充拓展了問題。

“雖然同學們的答案不一定對，畢竟這些問題比較難，對中學生來說有點’超綱’，但是同學們的猜想都很有意思，有的同學甚至畫了可愛的示意圖。我覺得，如果現在有興趣猜想，将來就有可能去研究，所以想把這些回答分享給大家。”

那麼讓我們來看看，杭二中的同學們，是怎麼回答這些問題的。請大家注意，這些猜想不是”标準答案“。歡迎各位同學也一起來思考這些問題，下期我們将請王恺老師為大家揭曉正确答案。

改變哪些因素可以使液橋變長？

高二（２）班陳欣宇：液體表面張力是由于液體分子之間的引力遠大于液體分子與氣體分子間的引力，因此液體表面有盡可能縮小的傾向，固液界面同理。我猜想，要想使橋面變長就需要改變表面張力。一種方法是改變液體分子間作用力，例如改變液體溫度或選用水銀。第二種方法是減小固液界面，因此可以減小實驗中玻璃闆的面積，或者改變平行闆的材質。第三種方法使減小氣體分子與液體分子的引力，例如改為在氫氣中實驗。

高二（２）班林馨潔：液橋的形成實際上是液體的浸潤現象加液體的表面張力。所以要加長液橋要從兩方面考慮：如何使橋中央不斷，如何使橋兩側不斷。要橋中央不斷，和液體表面張力有關，改變溫度，或改變液體的種類，比如更粘稠的液體可以讓液橋變長。要讓橋兩側不斷，可以改變兩側固體的材料，以及液體和固體接觸面積的大小。

高二８班呂文韬的答案

冰墩墩在空間站裡被抛以後，近似勻速直線運動。那麼在地面看來，冰墩墩做什麼運動？

高二（８）班宋赫彬：冰墩墩在太空中被抛出，可以近似認為僅受重力作用。由于速度不快，因此會做近似以地球為焦點的橢圓運動。

高二8班王梓鑫畫的可愛的示意圖

王恺老師補充問題：冰墩墩在空間站中做出了牛頓第一定律描述的運動，能否說明牛頓第一定律得到了驗證？

高二（８）班徐家梁：不能，因為牛頓第一定律是指不受力的物體将保持靜止或做勻速直線運動。該定律定義了慣性系，也規定了牛頓定律的适用條件。實驗中不可能找到絕對不受力的物體，天宮之中隻是将地球引力用于提供向心力，并不是不受力，因此不符合牛頓第一定律的條件。原則上牛頓第一定律是無法驗證的。

高二（８）班林思凱：我覺得不能。牛頓第一定律是指，物體不受外力或受力平衡時，物體會保持原有運動狀态。但對于冰墩墩，受力并沒有平衡，雖然在空間站看起來是勻速直線運動，但在地面看起來，運動軌迹是曲線。所以如果考慮到參考系，慣性系和非慣性系……這個問題很難啊！

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