政華公考

在2021年12月9日,我們開啟“天宮課堂”的第一次課程。神舟十三號飛行乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富開展一系列實驗。在“天宮”太空站微重力的環(huán)境下進行了太空細胞學(xué)研究實驗展示、太空轉(zhuǎn)身、浮力消失實驗、水膜張力實驗、水球光學(xué)實驗、泡騰片實驗等。在2022年3月23日，又進行了第二次“天宮課堂”。由航天員在軌演示太空“冰雪”實驗、液橋演示實驗、水油分離實驗、太空拋物實驗，介紹與展示空間科學(xué)設(shè)施等課程。

今天，我們主要給大家解密第一次與第二次課程中涉及“浮力消失”的實驗。

一、實驗現(xiàn)象對比之“乒乓球”入水。

在地球上，同學(xué)們把乒乓球放在盛有水的透明玻璃杯當(dāng)中，正如我們預(yù)料的一樣，乒乓球漂浮在水面上，即使用手去按，手一松球還是一樣漂在水面上。

接下來，在太空的王亞平做了一樣的實驗，同樣把乒乓球放在盛有水的透明玻璃杯當(dāng)中，并用吸管把乒乓球按到水面下，拿開吸管。令人驚訝的現(xiàn)象出現(xiàn)了，乒乓球并沒有漂浮在水面上，而是停留在水中。

二、解密造成地球與太空中“乒乓球”漂浮位置不同的原因。

在地球上由于受到重力的影響，物體上下表面由于處于液體的深度不同，受到液體的壓力也不等，下表面受到的向上的壓力大于上表面受到的向下的壓力，這兩個壓力之差形成了浮力。在這里乒乓球的浮力大于自身的重力，所以在地球上，乒乓球在水面上漂浮起來。

在太空中，為什么和地球上的現(xiàn)象不一樣?因為在太空中，天宮實驗室處于失重的環(huán)境下，乒乓球放進水里不會浮在水面上，而是停留在水中。這是因為浮力是隨重力產(chǎn)生的，在太空失重環(huán)境下，液體內(nèi)部壓強處處相等，不再有上下表面壓強差，所以浮力幾乎消失。這項實驗所展現(xiàn)的是浮力和重力伴生的現(xiàn)象。浮力來源于重力引起的液體在不同深度的壓強差。當(dāng)重力消失時，液體內(nèi)部壓強相同，浮力也就消失了。不過地球表面難以讓浮力消失，這個試驗很難直觀地展示出來。但在空間站的微重力條件下，浮力和重力之間的伴生關(guān)系就可以非常清楚地顯現(xiàn)。

三、實驗現(xiàn)象對比水油分離狀況。

在2022年3月23日第二次的天宮課堂中，進行了水油分離的實驗。

太空站中王亞平將手中裝有透明的飲用水與黃色的食用油混合在一個瓶子中，不停搖晃，水油充分混合，靜置幾秒鐘后，水與油并沒有分離。

在地面上的同學(xué)也將水與油混合在一個瓶子中，接下來靜置片刻，同學(xué)們課桌上的水油液體很快在重力的影響下就出現(xiàn)了穩(wěn)定的分層，油浮在水的上面。

四、解密——太空水油不能自然分離的原因。

這是因為什么呢?同樣也是因為浮力與重力是相伴而生，在完全失重的環(huán)境下，水的浮力消失了，所以在太空中水和油就不會自然地分開。那我們可以如何讓水油分開呢?，因為水和油的密度不同，所以可以通過“旋轉(zhuǎn)”的方式，水油受到的離心力不同，這樣就可以使水油分開。而且旋轉(zhuǎn)越快，圓周運動所需要的力也會越大。水的密度大于油的密度，離心作用就會更加明顯，更快地將水油分離開來。

五、知識點總結(jié)

1、重力

定義：由于地球的吸引而使物體受到的力叫作重力。方向總是豎直向下。

地面上同一點處物體受到重力的大小跟物體的質(zhì)量m成正比，同樣，當(dāng)m一定時，物體所受重力的大小與重力加速度g成正比，用關(guān)系式G=mg表示。

通常在地球表面附近，g值約為9.8N/kg，表示質(zhì)量是1kg的物體受到的重力是9.8N。

2、浮力

定義：浸在流體內(nèi)的物體受到流體豎直向上的作用力叫作浮力。

浮力的方向：與重力方向相反，豎直向上。

浮力產(chǎn)生的原因：浸在流體里的物體受到流體對物體的壓力差。

物體上下表面由于處于液體(或氣體)的深度不同，受到液體(或氣體)的壓力也不等，下表面受到的向上的壓力大于上表面受到的向下的壓力，這兩個壓力之差形成了浮力。浮力的大小與物體排開的液體(或氣體)的多少相關(guān)。

阿基米德浮力原理可知：物體所受浮力=物體排開液體所受的重力，即：F浮=G排

【試題練習(xí)】(判斷題)1.在太空中，按進水中的乒乓球會漂浮在水面上。（）