解讀太空實驗課

火焰為什么呈球形

在這個實驗中，地面課堂的師生點燃一支蠟燭，與我們平時看到的一樣，火焰呈錐形，顏色偏黃，尖端向上，燃燒較旺盛。與此形成鮮明對比的是，當(dāng)桂海潮在空間站里點燃蠟燭，我們看到火焰呈球形，顏色偏藍(lán)，燃燒不旺盛。

為何火焰形狀在天上與在地面上會有這么大的區(qū)別？原來，這與重力有關(guān)。

在地面上，受重力影響，空氣受熱膨脹后，會往上浮，反之就會向下沉。蠟燭燃燒時，靠近火焰的空氣受熱膨脹，遠(yuǎn)離火焰的空氣溫度較低，就會形成浮力對流，此時，火焰呈錐形。而在空間站里，微重力環(huán)境幾乎消除了浮力對流，蠟燭燃燒時，火焰周圍的空氣向各個方向運動的趨勢相同，不管蠟燭朝向哪里，火焰都近似球形。

此外，在空間站中，助燃劑（氧氣）的補充不如地面及時、充足，蠟燭燃燒也不如地面充分，火焰的溫度會低一些，火焰就呈藍(lán)色。

水球為什么擊不破

在這個實驗中，桂海潮用乒乓球拍擊打一顆水球時，水球被粘在了球拍上。之后，朱楊柱拿出了被干毛巾包裹著的乒乓球拍，輕輕一碰，水球就像乒乓球一樣被彈開了。

水球為什么擊不破呢？原來，這和水的表面張力及物體疏水性有關(guān)。

水是由大量水分子構(gòu)成的，由于水分子之間存在引力，所以大量水分子聚集在一起時會形成滾圓的球體。我們常見的露珠就是這樣的。在地面上，因為有重力，露珠不會太大，空間站里幾乎沒有重力，所以能形成足夠大的水球，并懸浮在空中。同時，水球表面分子會相互吸引，它們“手拉手”，組成了一張罩在水球表面的“網(wǎng)”，使水球不會一觸即破，這就是水的表面張力。

疏水性是指物體排斥水的特性，如荷葉就具有疏水性，水會在荷葉上形成水珠，風(fēng)一吹就滾落下來。這是因為荷葉表面有許多細(xì)小的毛刺，水落在上面會被架在毛刺上，這樣一來，只有與毛刺接觸的少量水分子與荷葉有吸引作用，整體引力很弱，水就容易從荷葉上掉落。同樣，干毛巾上的絨毛也會把水架住，避免水直接接觸球拍，吸附力不夠強，水球自然會被彈開。

鋼球相撞后為何速度不同

朱楊柱和桂海潮在做鋼球碰撞實驗時，讓一顆0.5千克的鋼球A以一定速度撞擊另一顆靜止的質(zhì)量相等的鋼球B。我們可以明顯看到，撞擊后，鋼球B以跟鋼球A初始速度同樣的速度開始運動，而鋼球A停在了鋼球B原來的位置。對此，桂海潮解釋道：兩顆鋼球進行了動量交換，符合動量守恒定律。那么，什么是動量和動量守恒定律呢？

動量是表示運動物體運動特性的一種物理量，其大小等于運動物體的質(zhì)量和速度的乘積。動量守恒定律是指運動物體碰撞前后的動量之和相等。在上面的實驗中，兩顆鋼球質(zhì)量相等，鋼球A以一定速度撞到鋼球B之前，它的動量為自身質(zhì)量乘以速度，而鋼球B速度為零，所以動量為零。兩顆鋼球相撞之后，鋼球B以跟鋼球A初始速度同樣的速度開始運動，此時它的動量等于碰撞前鋼球A的動量。那么，根據(jù)動量守恒定律，鋼球A此時必然靜止，動量為零。

接著，兩位航天員繼續(xù)實驗，用小鋼球撞擊靜止的大鋼球。結(jié)果，小鋼球被彈回來，速度明顯降低。這是因為它把一部分動量傳遞給了大鋼球，大鋼球則開始以比小鋼球初始速度低的速度運動。顯然，這也符合動量守恒定律。

陀螺為何能助人轉(zhuǎn)身

最后一個實驗中，桂海潮雙手握著陀螺的握柄飄在空中，當(dāng)陀螺不轉(zhuǎn)動時，他上下扭轉(zhuǎn)陀螺握柄，身體穩(wěn)穩(wěn)地停在空中；而當(dāng)陀螺快速轉(zhuǎn)動時，他做出同樣的動作，身體卻隨之轉(zhuǎn)動起來。這與角動量改變有關(guān)。

角動量是物體繞軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的動量，可簡單理解為物體旋轉(zhuǎn)的慣性。角動量與物體質(zhì)量、旋轉(zhuǎn)速度及旋轉(zhuǎn)部分到轉(zhuǎn)軸的距離有關(guān)，其大小等于三者乘積。改變物體角動量時，物體會產(chǎn)生反作用力。當(dāng)桂海潮雙手扭轉(zhuǎn)靜止陀螺的握柄時，由于角動量為零，所以陀螺沒有對他施加反作用力，他就靜止不動。一旦陀螺旋轉(zhuǎn)起來，具備一定的角動量，他再次扭轉(zhuǎn)握柄，陀螺就會對他施加反向扭動的力，他就隨之轉(zhuǎn)身了。

在這個實驗中，由于空間站里幾乎沒有重力，飄在空中的人很容易轉(zhuǎn)動；若是在地面上做同樣的實驗，人會被重力影響，陀螺施加的反向扭動的力就難以生效。

（注：本文專業(yè)圖片摘自中國載人航天官方網(wǎng)站）