“天宫课堂”第三课感受“天地”大不同

　　近日，“天宫课堂”第三课在中国空间站开讲，神舟十四号飞行乘组航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲首次担任“太空教师”，在问天实验舱为地面青少年带来了一堂精彩绝伦的太空科普课堂。“太空教师”们在课堂中演示了微重力环境下毛细效应实验、水球变“懒”实验、太空趣味饮水、会掉头的扳手等神奇实验现象，并讲解了这些现象背后的科学原理，让我们根据实验现象来逐一解读。
　   实验1毛细效应实验
　　实验现象：陈冬拿出一个装满水的培养皿，并拿出三根粗细不同的塑料管，将这三根塑料管同时放进水中。通过观察可以发现，最细的管子内，液面飞速到达顶端，仿佛开启了“倍速模式”，旁边两个管子液面上升比较慢。
　　原理解读：毛细效应实验在前两次“天宫课堂”也讲到过，那就是流体的表面张力。类似的毛细效应实验在地面上也能进行，但是和地面最明显的区别就是在太空由于没有了重力的束缚，表面张力作用会更加明显，会驱动液面不断上升，最终液面都会上升到管顶。
　　实验2水球变“懒”实验
　　实验现象：刘洋先提前做好一个水球，再拿出注射器快速向水球喷出空气，通过观察会发现水球振动得比较剧烈。如何才能减小这种振动呢？随后刘洋向水球内加入一个空心钢球，再拿出注射器以同样的力度来冲击水球，振动确实变小了，水球好像变“懒”了一样。
　　原理解读：这个实验告诉我们，当外力施加到水球上，水会发生共振，加入一枚钢球后，水球固有频率就会发生改变，相对不容易引起共振。
　   实验3太空趣味饮水
　　实验现象：在地面，如果吸管太长要很费力才能喝到饮料。，而在问天实验舱中，刘洋用2米长的吸管，不仅成功喝到了芒果汁还表示“很轻松”。
　　原理解读：这是因为地面由于重力的作用，在使用饮水管喝水时，液体管越高，吮吸也就越费力，但空间站是微重力环境，仅仅依靠吮吸的力量就能喝到2米以外的水了。标准大气压值为101.325千帕，而水的密度是1克/立方厘米，即使把管内的空气抽完，大气压也只能支持10米高的水柱，所以在地面吸管过长会比较费力。
　　实验4会调头的扳手
　　实验现象：陈冬拿出两个在空间站中常用的工具——T字扳手。将T字扳手放在空中旋转后，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，当他拿出两个T字扳手并同时旋转时，它们展现出了完全不同的旋转姿态。
　　原理解读：这是苏联航天员贾尼别科夫在空间站中偶然发现的，所以也叫贾尼别科夫效应。研究发现这个现象与扳手的旋转方式和它质量的分布有关系。贾尼别科夫定理就是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。这个现象在地面不太容易看到，但是在太空中很常见。
　　除了“课堂”上讲的这些“知识点”，“太空教师”们还留了作业，希望青少年能多观察、多思考，学习科学精神，探索宇宙未知的奥秘。 （刘志）