錢江晚報·小時新聞記者 陳偉斌 整理報道

2021年10月14日，神舟十三号成功發射并在随後與中國空間站成功對接，三位航天員，翟志剛、王亞平和葉光富順利進入空間站開展工作。同時，倍受大衆關注的話題之一，便是王亞平的太空授課。2013年，神舟十号對天宮一号對接飛行期間，航天員王亞平就曾作為主講人，和隊友聶海勝、張曉光一起共同完成了我國首次太空授課任務，那次太空授課，吸引了全國6000萬中小學生聽課。

神舟十三号發射成功後，中國載人航天工程新聞發言人、辦公室副主任林西強介紹，在神舟十三号任務中策劃了更加形式多樣的科普教育活動，“太空老師”王亞平将為大家帶來太空授課第二課。“空間站作為國家級太空實驗室，蘊含着得天獨厚的科普教育資源，對廣大公民特别是青少年具有極大的吸引力。”林西強提到，中國空間站不僅是全球科學家開展空間科學、空間技術、空間應用的研究平台，也是鼓勵青少年熱愛航天，參與探索，追求科學的實踐平台。

大家是否了解，神十航天員王亞平在北京時間2013年6月20日上午10點在太空給地面的學生講課那次，都講了什麼？原來，是了解微重力條件下物體運動的特點、液體表面張力的作用，加深對質量、重量以及牛頓定律等基本物理概念的理解。

所以，這一次，在王亞平再度太空授課前，我們可以先來回顧下8年前的那堂課上都做了啥——

在實驗開始前，當時，神舟十号指令長聶海勝首先做了一個“太空打坐”。這是為了讓同學們直觀的看到由于處于失重環境，地球與航天員間的萬有引力全部用于提供向心力，因而可以定于空中不動。這是為了讓同學們進一步了解牛頓第一定律。

實驗一：質量測量

在失重的太空，地面的測重不再奏效。在神州十号，有一樣專門的“質量測量儀”。“太空授課”的助教聶海勝将自己固定在支架一端，王亞平将連接運動機構的彈簧拉到指定位置。松手後，拉力使彈簧回到初始位置。這樣，就測出了聶海勝的質量——74千克。

那這個是怎麼測量的呢？揭秘的原理就在于“牛頓第二定律”——王亞平當時就有解釋：“其實，就是牛頓第二定律F=ma。”也就是，物體受到的力=質量×加速度。如果知道力和加速度，就可算出質量，彈簧凸輪機構，産生恒定的力。也就是，剛才将助教拉回至初始位置的力。此外，還設計一個光栅測速系統，可測出身體運動的加速度。

實驗二：單擺運動

T形支架上，細繩拴着一顆小球。這是物理課上常見的實驗裝置——單擺。王亞平将小球拉升至一定高度後放掉，小球像着了魔似的，用很慢的速度擺動。随後，王亞平用手指輕推小球，小球開始繞着支架的軸心不停地做圓周運動。

對于這個現象，原理揭秘就是“太空失重”。當時，浙大航空航天學院專家也就此做了一番解讀：在地面，單擺的運動周期與擺的長度、重力和加速有關。但在失重的狀态，沒有了回複力，鋼球就靜止在原始位置。這時，細繩并沒有給球拉力。手推小球，相當于給了小球一個初始速度，同時細繩又給小球提供了拉力，細繩拉力平衡離心力，小球便繞着支架的軸心做圓周運動。如果沒有細繩的拉力，小球就做勻速直線運動。而在地面，空氣的阻力使物體的速度越來越慢，重力則使物體向下掉。

實驗三：陀螺運動

王亞平取出一個陀螺，用手輕推，陀螺竟然翻滾着向前，行進路線變幻莫測。随後，她又取出一個陀螺，抽動它後，再用手輕推，陀螺沿着固定的軸向向前飛去。這就要關注到“角動量守恒”這個知識點。

轉動的陀螺具有定軸性。何為“定軸性”？就是當陀螺轉子以高速旋轉時，在沒有任何外力矩作用在陀螺儀上時，陀螺儀的自轉軸在慣性空間中的指向保持穩定不變的特性，也稱為穩定性。轉子的轉動慣量愈大，穩定性愈好；轉子角速度愈大，穩定性愈好。定軸性遵守角動量守恒定律——在沒有外力矩作用的情況下，物體的角動量會保持恒定。航天員瞬時施加的幹擾力不能産生持續的力矩，由于角動量守恒，高速旋轉陀螺的旋轉軸就不會發生很大改變。而這一點在地面上之所以很難實現，并不是因為角動量守恒定理不成立，而是因為陀螺與地面摩擦産生的幹擾力矩等因素改變了陀螺的角動量，使其旋轉速度逐漸降低，不能很好地保持旋轉方向。

實驗四：制作水膜與水球

王亞平一個金屬圈插入飲用水袋并抽出後，形成了一個水膜。這在地面，難以實現，因為重力會将水膜四分五裂。那麼，這個水膜結實嗎？輕晃金屬圈，水膜并未破裂，而是甩出了一個小水滴。再往水膜表面貼上一片畫有中國結圖案的塑料片，水膜依然完好。更奇迹的時刻：在第二個水膜上，用飲水袋不斷注水，水膜很快長成一個晶瑩剔透的大水球。水球内有連串的氣泡，用針筒取出，水球卻不受任何破壞。最後，王亞平注入紅色液體，紅色慢慢擴散，水球變成了一枚美麗的“紅寶石”。

這就要用到“液體表面張力”等相關知識。

液體表面層内分子間存在着的相互吸引力就是表面張力，它能使液面自動收縮。表面張力是由液體分子間很大的内聚力引起的，在太空與地面液滴産生表面張力的原理以及表面張力大小都是一樣的。隻是，在失重的狀态下，表面張力表現更為明顯。失重時，水珠之間沒有了重力的擠壓，液滴在表面張力的作用下，都形成了最完美的球形。

另一種解讀也同樣——液體跟氣體接觸的表面存在一個薄層，叫做表面層，表面層裡的分子比液體内部稀疏，分子間的距離比液體内部大一些，分子間的相互作用表現為引力，導緻表面就像一張繃緊的橡皮膜，這種促使液體表面收縮的繃緊的力，就是表面張力。微觀表現為分子引力，宏觀體現即液體表面的張力。當針尖戳入水球時，水的表面張力依然存在，故水球不被破壞。

那麼此次，王亞平在空間站上又會有哪些新課程呢？王亞平曾對媒體表示：“暫時保密，相信一定會給孩子們帶來驚喜。希望多做一些航天科普教育，讓大家能和太空（在感覺上）有個近距離的接觸，能近距離了解我們的太空生活，了解太空，體驗在太空中的神奇美妙的感覺。”

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