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环球ug开户:中国空间站里的悬浮水球,究竟拥有什么魔法?

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本文来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42),作者:窗敲雨,编辑:Luna、Owl,原文标题:《中国空间站内的“御水术”,可能是你能看到的最贵网课》,题图来自:视觉中国


今天15点40分,“天宫课堂”准时开课。


随着一颗旋转的陀螺,镜头转入了中国空间站。随后,神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富组成的“授课小组”不仅对在轨工作场景进行了介绍,还在失重条件下为大家演示了多项教学实验。这也是继2013年首次太空授课活动后,“太空班”再次开课。


上课啦上课啦!丨央视新闻


对于很多科学知识而言,我们通过理论分析可以推测相关的现象。即使如此,当直观的展示如此真实地呈现在我们面前时,每个人仍然会被科学之美所震撼。


“天宫课堂”便向你与我揭开了宇宙之美中神秘的一角。


王亚平将一朵她和女儿在地球上做的小花折纸放在了水膜上,让这朵花在太空中绽放丨央视新闻


回顾本次课堂,水真是刷满了存在感:水膜、水球、充满气泡的水滴……水在空间站里变成仿佛拥有了魔法,成为了独特的存在。航天员如何制作球形水?做完实验后又该如何清理它们呢?


太空球形水,你家也有同款


“太空教师”王亚平从水袋里挤出了一些水,这些水自然而然地变成了球形,并悬浮在空中。


挤出的水变成了悬浮的水珠丨央视新闻


随后,王亚平使用圆形支架在水袋取出了一张水膜,并放入了那朵与女儿一起制作的小红花。小红花在水膜上逐渐绽放。纸张的主要成分是纤维素,这种物质相当亲水。当纸片接触到水时,毛细作用会使水快速地进入纸张纤维的缝隙中,将纸浸湿。纸张纤维吸水膨胀,这会使折痕逐渐平展,制造“开花”的效果。


随后,王亚平继续向水膜中加水,让它变成了一颗晶莹剔透的水球。


在空间站环境下,不再受重力束缚的水总是会悬浮在空中,并形成圆圆的“水球”。即使轻轻扰动水球,它也依然会恢复球状——这是因为在表面张力的作用下,水总是倾向于保持表面积最小的形态


水在失重环境下聚成大水球,甚至还能当透镜 | 央视新闻


表面张力是由分子间作用力产生的,因此它的效果在失重环境下不受影响,而且还因为去除重力因素而看起来更明显了。


我们可以这样理解表面张力的产生:


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在水的表面,水分子在内外两侧受到了不同的分子间作用力:内侧的力来自其他的水分子,外侧的力则来自空气分子。空气对水的作用力比水分子之间的作用力要小很多,因此表面的水分子就产生了向内收缩的趋势。


表面张力大小与液体的性质有关,水分子之间存在较强的氢键作用,因此水拥有相当大的表面张力。


本次实验中,航天员们制作了一个“空心水球” | 央视新闻


失重状态下的“球形水”非常引人注目,不过观察这种现象也不是必须飞到太空。其实,我们身边就有许多因为失重变成球形的水,比如从水龙头滴下的水滴,或者从天而降的雨水(当然,受空气阻力影响,下落的水滴其实底面会变得有些平)


在地球上,自由下落的水滴同样也会变成球形 | Chris 73/Wikipedia


 吹个大气泡 


展示完球形水后,王亚平将水球染成了蓝色,并向其中投入了半颗泡腾片。泡腾片迅速产生了大量的气泡,但神奇的是,这些气泡并没有溢出,而是让水球变成了气泡球。


这是因为,和表面张力不同,浮力是依赖重力的作用力。因此到了失重环境中,浮力就会“失效”:水中的气泡不再浮上表面,而是长时间呆在水的内部,很难消散。如果在失重“水球”中吹一些气,或者放进泡腾片,都能很好地观察到这种现象。


在水球中加入燃料和泡腾片 | 央视新闻


这颗蓝色的气泡球就宛如我们美丽的地球,我们只有在太空中才能一睹它的全貌。而这或许就是我们向往太空的原因之一。


怎么收拾? 


在太空玩水球是非常直观的实验演示,但做完实验认真收拾也很重要——毕竟,任由水滴四处飘散有可能会导致设备损坏。


在本次太空课堂里,航天员在将水膜上的纸花收起来时,使用了纸巾将纸花包裹住。其实在失重状态下,太空中的水滴是可以被纸巾或毛巾迅速吸收的。这是因为,毛巾吸水依赖的毛细作用也是来源于分子间作用力,因此效果不会受到失重的影响。


不过,亲水的毛巾与水之间有较强的分子间作用力,在缺少重力的环境下想要把水再拧出来就比较困难了……


缺少了重力作用,拧毛巾就比较困难了 | Canadian Space Agency


在失重环境下,毛细作用还应用到了意想不到的地方:有人利用它设计了一款适合太空的咖啡杯。这种杯子不再是圆柱形,而是形成了一个窄窄的尖角,液体可以在这里通过毛细现象自发地爬升到杯口,这样即使没有重力也能方便地喝到咖啡,而且不会让液体四处乱跑。


这次的太空课堂有趣而生动,但这也只是探索深空过程中的一声弦外之音,正如王亚平在实验演示结束时说的那样:“地球,是我们人类在宇宙中的摇篮。但是人类不可能永远生活在摇篮里。如今,我们已经拥有了自己的空间站。相信未来,中国人的脚步一定会踏入月球、火星和更远深空。”


本文来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42),作者:窗敲雨,编辑:Luna、Owl

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