钱江晚报·小时新闻记者 郑琳
12月9日，同学们迎来期待已久的太空授课。神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在空间站进行太空授课。时隔8年，大家有幸再一次看到航天员的太空“网课”，体验科学的魅力。
在这次的太空课中，大家看到了王亚平姐姐再现8年前太空课上的经典场面：永远旋转的陀螺和漂在空中的水球。不过，这回我们看到了更多神奇的画面：乒乓球在水中的浮力消失，纸花在水球表面绽放，泡腾片在水球中产生大量的气泡……
这次太空授课包含物理、化学、生物多门科目的实验，实验尺度也从宏观到微观，知识深度也实现从小学到高中甚至大学的全覆盖，让同学们对微重力环境心生向往。
那么，这些太空中的实验现象背后都是什么科学原理呢？本期我们邀请了杭二中物理老师王恺来为大家解读！
太空转身为啥转不过来
在“天宫课堂”上，航天员叶光富在太空中表演了如何行走和转身，他的动作让很多同学捧腹大笑。但大家有没有想过，平时在地面上非常容易的走路和转身，为何到了太空里竟然那么艰难？尤其是转身的动作，叶光富简直“失败”了好几次，而且每次他扭转上身，下身就会不由自主往另一个方向扭过去，这又是为何？
王恺说，我们在地面上之所以能轻松前进和转身，是因为地面有摩擦力。而失重状态下漂浮在空中的航天员没有了摩擦力的帮助，转动身体自然就变得很困难。因为此时，航天员的角动量守恒，所以当上半身向左转动，下半身就会向右转。航天员可以通过转动手臂使身体转动，这也是因为整体的角动量守恒。
在我们生活中，角动量守恒也有很多体现。
比如，大家是否注意过，一架普通的单旋翼直升机的尾部，都有一个侧向旋转的螺旋桨。如果没有这个螺旋桨，主机翼高速转动就如同航天员转动的手臂，会使得直升机主体反方向转动。而尾翼螺旋桨则可以对直升机产生等大反向的作用，从而保持直升机具有稳定的飞行姿态。
还有一种双旋翼的直升机，它的两个旋翼的转动方向也是相反的，这也是为了保持直升机的平衡稳定。
乒乓球为何逃不出“水心”
在我们生活的地球上，一只乒乓球放入水中会很自然地浮起来。如果同学们会游泳，跳入水中也能明显感觉到水给我们身体的浮力。看着在空间站“飞行”的航天员们，是否就是在享受浮力呢？
并非如此，相反，浮力在太空中其实是消失了。这次太空课里，王亚平老师就给我们演示了乒乓球像一个蛋黄一样安静地呆在水里，完全不会飘起来。
为什么太空里没有浮力了呢？
原来，处在液体中的物体所受浮力的来源是上下表面的压力差。液体深度越大，压力就越大，它的根本原因是液体受到重力作用，下部的液体需要给上部液体提供支持力，才能平衡上部液体的重力。这就是浮力。
既然浮力产生的原因就是因为有重力，那么在太空中，处于失重状态下的液体自然就没有浮力。
水膜是怎么让纸花开放的
在“天宫课堂”上，王亚平还用一朵女儿做的纸花，给大家展示了神奇的水膜张力——纸花在水球的表面绽放了！这个水膜张力的实验在上一次太空课里也有呈现，只不过这次呈现的方式更为绚丽。
一般情况下，液体会有减小表面积的倾向，这种作用力被称为“表面张力”。在失重环境下，表面张力可以维持液体的形状，不会散开，并且趋向于球形。这是因为，相同的体积下，球体表面积是最小的。
所以，在王亚平做的实验中，那个还没有形成正球体的水泡在逐渐变得越来越圆。当我们把一朵纸花贴在水面上， 它就随着鼓起来的水球慢慢“绽放”了。
在生活中也可以在一种叫“超疏水”的表面上观察到球形的水滴。
比如，荷叶表面就是超疏水表面。荷叶能“出淤泥而不染”，正是因为它表面特殊的材质使得水滴在上面接近球形，并且很容易滚落。有时也能在湖面观察到一种在水上快速移动的小虫，叫水黾，它们能“水上飘”，也是利用液体的表面张力。
透过水球，人怎么就倒过来了
水球光学，这个实验也出现在前一次天宫授课之中。水球在失重环境下由于表面张力的作用保持形态，并且由于其折射率和空气不同，从而使得光线在穿过时产生折射，形成汇聚效果，这就形成了一个凸透镜。
两倍焦距以外的物体在穿过凸透镜后看来就呈现倒立的像，所以我们可以看到，王亚平和叶光富之间的那个水球，会让眼中的彼此呈现一正一反的视觉效果。
其实，我们可以在地面上用透明的水瓶装满水模拟这个实验：在一定距离外，透过水瓶所看到的世界是左右颠倒的。
在水球中注入空气球形成“双重人像”的实验有很高的操作难度。由于失重，空气球不会因为受到浮力而移动。在注入空气球后，由于空气球的半径更小，水球的半径更大。若透过水球中的空气球观察物体，空气球前后的水相当于形成了两片凹透镜，使得光线穿过时发散，从而可以观察到正立、缩小的物体。在一定距离外，透过近视眼镜片也可以观察到类似的现象。
泡腾片的泡泡竟没到处“乱跑”
泡腾片是生活常见的物品，学生在生活中能够很容易重复实验。泡腾片在水中溶解后发生化学反应产生二氧化碳气泡，由于失重，大部分的气泡停留在液体球中，极少部分的小气泡由于速度较快脱离水球，从而释放出香味。
我们的后台还收到了两个同学们提出的问题：在无重力的情况下，泡腾片扔进水里会不会又自己飘出来了？在无大气压强的环境中，泡腾片的气泡还会升上水面破裂吗？
对此，王恺老师说，泡腾片扔进水里在初速度不快的情况下是不会飘出来的，这也是液体表面张力的结果，“可以看到视频中装在杯子里的水也不会散得到处都是，也是这个原因。”
因为在没有重力的情况下，泡腾片的气泡不会升上水面；但是如果没有大气压强，处于真空状态，水会直接沸腾变成水蒸气，“液体的沸点是和气压有关的，气压越低，沸点越低。这就是为什么高原地区很难煮熟饭，有时需要使用高压锅来烹饪。”
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