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来源丨太空研究所
作者丨乔辉
中国空间站于北京时间23日下午进行了第二次太空授课。航天员梯队向广大学生演示了四大科学实验。其中的原理其实比较简单，仅涉及中学物理和化学知识。让我们来逐一看一看。
丨水油分离实验：演示失重环境下水油分层现象消失、通过旋转产生离心力实现分层
图注：地面上，水和油很容易分离。
根据日常生活经验，我们知道，由于水和油是不相溶液体，因此在地面有重力的环境中，水和油是分层的。但在太空失重环境中，水和油呈现某种混合状态。如果在太空也想让水和油分离咋办？最直接的想法就是想办法制造人工重力。制造局部的人工重力其实并不难，让物体旋转起来就好了。比如，放在离心机当中，甚至用手甩一下也能短暂实现重力，正如航天员叶光富演示的那样，水和油就分离了。
图注：在离心机中很容易产生人工重力，实现水油分离。
图注：航天员叶光富高速甩动盛有水油混合物的容器，让二者分离。
图注：水油分离的效果挺好
再脑洞一下，能否让航天员在太空长期处于人造重力的环境中？科学上是可行的，但工程上还有一定难度，科研人员正在努力。在科幻大片《星际穿越》中，“永恒号”环形母船就是利用旋转产生人工重力的。
丨液桥演示实验：演示失重环境下水的表面张力作用
图注：水面上的小昆虫，在表面张力的作用下不会陷入水中。
水等液体会产生使表面尽可能缩小的力，这种力称为“表面张力”。清晨凝聚在叶片上的水滴、就是在水的表面张力作用下形成的。再比如，水上的一些小昆虫之所以能站在水面上，也是由于表面张力的作用。经过仔细操作，我们甚至可以把绣花针放在水面上。
同样道理，在两块塑料板之间倒入水，在太空失重的条件下，表面张力就起了主导作用，甚至分开一定距离也不断裂。而在地面上做同样的实验，在重力的作用下，液桥很容易断裂。
图注：航天员王亚平演示液桥实验。
不但水有表面张力的作用，液体普遍存在表面张力的作用，另一个最常见的例子是，掉落在地面上的水银呈现亮晶晶、圆滚滚的小球到处滚动。但千万不要去捡这些水银，水银属于重金属对人有毒性。
图注：在地面上，就很难做这种液桥实验。
丨太空“冰雪”实验：演示失重状态下的饱和液体结晶现象
图注：透明的过饱和乙酸钠溶液。
图注：受到外界提供结晶核，析出晶体后的溶液。
回顾一下中学化学课，在一定温度下，向一定量溶剂里加入某种溶质，还能继续溶解的溶液，叫作不饱和溶液；当溶质不能继续溶解时，所得到的溶液叫作饱和溶液，甚至能够达到过饱和状态。本次天宫课堂演示的是“过饱和乙酸钠溶液”的结晶实验。过饱和乙酸钠溶液在外界提供结晶核的情况下很不稳定，很容易析出晶体。从一个晶莹剔透的小水球变成白色的小雪球。
丨太空抛物实验：演示天地之间抛物区别
图注：空间站中，抛出去的冰墩墩沿直线匀速运动。
在地面上，由于有地球重力的作用，抛出去物体的轨迹形成一条漂亮的“抛物线”。但在空间站失重的环境下，抛出的物体（冰墩墩）相对于空间站遵守牛顿第一定律，沿直线匀速运动。
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