毛细效应实验

最细吸管开启“倍速模式”

在空间站微重力环境下

陈冬用一个小实验

展示了流体现象的天地差异

他将三根粗细不同的塑料管

同时放在水中

最细的管子内

液面飞速到达顶端

仿佛开启了“倍速模式”

一颗小小的钢球

让水球变“懒”

刘洋用注射器向水球喷出空气时

水球的震动很激烈

在水球内加入钢球后

以同样的力度冲击

水球的振动幅度变小了

这是怎么回事？↓

微重力环境下

扳手居然会“掉头”？

陈冬将空间站中的工具

T字扳手在空中旋转后

扳手居然会自己翻身

时而头朝上，时而头朝下

反复不停

更为神奇的是

当他将两个扳手同时旋转时

它们展现出了

完全不同的旋转姿态

授课期间

航天员还通过视频通话形式

与地面课堂师生

进行了实时互动交流

在这些神奇实验的背后，包含了哪些科学的奥秘？来听郑州经开区实验中学物理教研组长孙国亮的深度揭秘。

1.毛细效应实验

在地球上，如果我们把细玻璃管插入水杯中时，会发现管内液面高于容器内的液面，而且玻璃管内的液面还是个凹面，这就是毛细现象的一种。

这是因为液体表面类似张紧的橡皮膜，如果液面是弯曲的，它就有变平的趋势。因此凹液面对下面的液体施以拉力，使液体沿着管壁上升，当向上的拉力跟管内液柱所受的重力相等时，管内的液体停止上升，达到平衡。植物茎内的运输管道——导管就是植物体内极细的毛细管，它能把土壤里的水分吸上来。此外，生活中的砖块吸水、毛巾吸汗、粉笔吸墨水等都是常见的毛细现象。

在天宫课堂上，航天员展示的毛细现象比在地球上更显著，这是因为在空间站内处于微重力环境，忽略液体重力，管内的凹液面所受到的向上的拉力可以拉着水一直上升，直到管口。

2.水球变“懒”实验

首先，水球的形成是由于水的表面张力作用的结果。把空心铁球放入水球后，由于是微重力环境，铁球几乎不受重力，但水对钢球存在粘滞力，所以铁球不会掉下来。当水球中加入空心铁球后，二者组合成了液固混合体，由于物体振动幅度与质量成反比，所以当水球质量增大时，混合体振动幅度减小。此时，其固有振动频率也会减小。

3.太空趣味饮水

在太空失重环境里，许多在地球上习以为常的现象都变得有趣起来，以喝水为例，在微重力条件下，水会凝结成圆球状漂浮在空中，就算你把杯子倒转，水也不会自动流进你的嘴里。因此，航天员喝的水都是装在袋形容器中的，其上还安装有一个带盖子的吸管，航天员喝水时可以直接把盖子打开用吸管吸水。当然，由于处在失重，航天员可以站着、躺着喝水。

这个过程中相关的物理知识就是——大气压强。在空间站内是有一个标准大气压的，当航天员吸走吸管里的空气时，吸管内部气压变小，外界气压就会将水压入气压小的吸管，水就进入嘴里。由于处在微重力环境中，几乎不用考虑水受到的重力，所以只靠吮吸作用，就可以用2米长的吸管轻松喝到水。

4.会掉头的扳手

这个展示内容包含一个原理——贾尼别科夫定理，1985年由俄罗斯宇航员弗拉基米尔·贾尼别科夫（Vladimir Dzhanibekov）在空间站中偶然发现的：一个刚体绕着它转动惯量最大的主轴（第一主轴），或转动惯量最小的主轴（第三主轴）旋转时是稳定的，而绕着中间轴（第二主轴）旋转时则是不稳定的。实验中，两个扳手的旋转方式不同、质量分布不同，所以出现了不同的掉头现象。这是在失重环境下发现的奇妙现象，也是科学世界的魅力所在。

青春有梦，勇敢去追，梦想的尽头是星辰大海。热爱科学的少年注定未来可期。科学世界最大的魅力就在于它的未知，而我们需要做的就是永远保持一份好奇，积极去探索、发现，实现梦想。

素材来源：综合央视新闻客户端、郑州经开区实验中学物理教师孙国亮实验原理解读

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