太空授课(The Space Lesson)是指北京时间2013年6月20日上午10:00,神十航天员王亚平在太空给地面的学生讲课,此次太空授课主要面向中小学生,使其了解失重条件下物体运动的特点、液体表面张力的作用,加深对质量、重量以及牛顿定律等基本物理概念的理解。此次航天任务中的“太空授课”环节旨在激发广大中小学生对宇宙空间的向往、对学习科技知识的热情。
基本简介
活动内容
天宫一号运行在预定的交会对接轨道上,状态稳定,设备工作正常,推进剂等消耗性资源充足,满足交会对接任务要求和航天员进驻条件。武平表示,本次科普教育活动将在组合体运行期间择机进行,具体时间将综合考虑飞行任务安排、航天员作息情况和测控通信等保障条件最终确定。届时,将通过媒体全程直播这次活动。
武平介绍说,本次科普教育活动是中国利用载人航天活动普及航天知识的一次尝试,希望通过开展此类科普教育活动进一步激发广大中小学生对宇宙空间的向往、对学习科技知识的热情。
女航天员王亚平将成为中国境内的第一位“太空老师”。对于她的授课内容,武平介绍,主要是使中小学生了解微重力环境下物体运动的特点,了解液体表面张力的作用,加深对质量、重量以及牛顿定律等基本物理概念的理解。航天员将进行在线讲解和试验演示,并与地面师生开展双向互动交流。
“希望通过此次活动,让中小学生走近航天、了解航天、热爱航天。“王亚平说。
授课老师
王亚平:授课主讲;
聂海胜:授课助讲兼指令官;
张晓光:摄像。
授课时间
北京时间2013年6月20日上午十点零四分零秒到十点五十五分零秒共五十一分钟。
授课解读
物体质量测量(利用牛顿第二定律原理)
曹立说,这个实验,王亚平用的是质量测量仪,利用了牛顿第二定律(F=ma)的原理,物体受到的力等于它的质量乘以加速度。将航天员固定在一个位置,给他施加一个恒定的力把拉他回来,可以用仪器测定出加速度a,用m=F/a就可以直接计算出航天员的质量。/n
曹立说,此外,可以用弹簧振子来测量物体的质量,也可以使用圆周运动、动量守恒等多种方法测量。/n
单摆运动演示(太空舱有空气阻力,小球圆周运动会渐停)
对于这个实验,曹立介绍,王亚平用的仪器是最简单的单摆装置,在地球上类似荡秋千或者钟摆。但在太空微重力环境下,小球处于悬浮状态,放到任何一个地方松手会静止不动。如果给小球施加一个力,小球不是来回摆动,而是将会做匀速圆周运动。
曹立表示,如果没有空气阻力,在真空环境中,小球将一直不停地做圆周运动。但宇航员在太空舱里的环境是有空气的,这样就会有空气阻力,小球就会逐渐停下来。/n
陀螺演示(太空中陀螺,可以一直转下去)
对于陀螺演示,曹立解读说,这就是平时大家玩的陀螺,陀螺不转时,会歪着,但转动起来,就不会歪了,这就是陀螺的进动性和定轴性。“宇宙飞船为什么在太空中保持一个姿态飞行,不来回翻滚,就是靠陀螺来平衡。”
曹立表示,在太空中,陀螺可以悬空,可以一直不停地转。高速旋转的陀螺由于进动原理,有很好的定轴性。这种定轴特性无论是在太空中还是在地球上是完全一样的。因此可以用陀螺组合来定向。/n
水膜演示(水的表面张力在起作用)
对于水膜演示,曹立说,把装水袋中的水利用金属圈慢慢拉出来,就会形成水膜,这主要是太空中水的表面张力起的作用。“晃动这个水膜,会发现其实这个水膜很结实。”
曹立说,王亚平之所在水膜上粘上一个中国结,一方面具有一定的寓意,另一方面也是为了验证水膜的结实,没有破裂。“这属于液体对物体的一种吸附作用,就类似把纸贴到有水的玻璃上。”/n
水球演示(没有重力气泡,不会漂浮出来)
以水滴演示到水膜演示,再到水球演示,曹立认为这属于连贯性的实验,都是太空中水的表面张力在起作用。
在水膜上加水,水膜一点一点变厚,会变成大水球。在水球中注射气泡,气泡在球里面。在水球中注射红色液体,水球整个变成红色。由于没有重力,气泡只会在水球中,不会漂浮出来。“可以说是一种扩散现象,比如,一瓶清水中滴上一滴墨水,墨水就会扩散,导致水变了颜色。”曹立说。
国外情况
1986年,美国女教师麦考利夫就被选中,参与挑战者号航天飞机“教师在太空”计划,但不幸机毁人亡。此后美国颁布“普通民众不得再参与航天飞机任务”的禁令。/n
2007年,当年一同参加选拔的另一名美国教师芭芭拉·摩根,终随“奋进号”飞上太空,肩负着航天员、教师和“麦考利夫的继承者”三重身份,弥补了21年前的遗憾。/n
首个登上太空的老师周二在零重力状态下教了她的第一堂课,从距地面数百英里的国际空间站上回答了身在爱达荷州的学生的提问。巴巴拉·摩根在航天飞机同事的身旁,通过视频连接给爱达荷的学生上了25分钟课,她早年曾在该州的一个小学里教过书。/n
摩根现年55岁,上世纪80年代接受宇航员培训,以担任同为教师的克里斯塔·麦奥利夫的候补,NASA希望把一名教师送上太空能够激发数百万人的想象力以支持其航天飞机计划。但挑战者号航天飞机1986年的爆炸,使麦奥利夫的太空之旅从未成行。22年后,摩根达到了这个目的。/n
她在太空中提问,棒球在太空中飞行的速度有多快以及如何在无重力状态下饮水,并和宇航员同事们亲自演示了投掷棒球以及吞下在空间站中漂浮的水泡。当有学生问宇航员如何在太空中锻炼身体时,她就抓住其中一个同事并把他举了起来。
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