天地实验哪儿不同？

3月23日下午，华中科技大学物理学院的师生们对“天宫课堂”进行观看和解读。

实验1 太空“冰雪”实验

知识点：液体结晶

现象：航天员从液体袋中挤出一个透明水球，然后用一根塑料棒轻轻一碰，水球瞬间产生大量的白色晶体，就像雪花一样。但用手触碰，结晶球却是热乎乎的。

解读：华中科技大学物理学院教授吕京涛介绍，过饱和溶液是一种不稳定的状态，受到外界因素扰动或者遇到小的凝结核时，容易结晶。结晶这个物理现象我们在平时的生活中也可以看到。王亚平老师选用的是过饱和乙酸钠溶液做实验，通常来说结晶都是在溶液中发生，物质结晶后变为固体因为密度问题沉入容器底下或浮到液面上。太空的失重环境，我们看到不用溶液就可以演示。

另外一个，因为失重，天宫实验中，结晶后形状比较理想化，就是一个球形。如果在地面液体里做，结晶后密度变化会沉到水底或浮到液面，很难形成球形。同时结晶是一个放热的过程，所以结晶球摸上去热乎乎的。

实验2 液桥演示实验

知识点：液体表面张力

现象：航天员在两块板子之间送入一些水，水附着在两块板子之间，形成一座拱桥似的液体桥。

解读：华中科技大学物理学院教授罗鹏顺教授介绍，液体表面张力是液体分子间相互吸引作用力的体现，宏观表现为液体表面层内的表面张力，有使液体表面积缩小的趋势，使势能最小化。这个实验主要就是展现了液体的表面张力。

“我们在地球上也能看到液体表面张力的例子，早晨去公园里，看到荷叶上的水珠，一粒粒的，这也是表面张力的体现，但是仔细观察是椭圆形的，这是因为重力的作用。而在太空微重力环境，由于要使表面积最小，水珠是一个球状。”罗鹏顺说，天宫实验中，两个板子上的水球接触后，我们看到连起来，连接的水桥表面有表面张力，使水桥不会断裂。生活中，两根手指间放一滴水，慢慢张开，其实也可以看到水桥。

“在地球上，水桥越大，因为重力作用，就会被‘拽’下去。太空中，因为微重力环境，表面张力起主导作用，所以可以形成较大的水桥。”

实验3 水油分离

知识点：浮力、重力和离心力

现象：航天员将水和油的分层液体混合，混合后的液体没有自发地分层，好似水油相溶。同时，地面上的学生们做了相同的混合实验，但很快就再次分层。随后，航天员将混合液体离心，水油出现分离的现象。

解读：华中科技大学物理学院教授邹远川介绍，在地面上水和油是分层的。这是由于水和油不混溶，并且油的密度比水低，所以它就浮在水的上面。而王亚平老师在太空中摇晃瓶身，水和油融合在一起。这是在空间站中，由于重力场的消失，压力梯度也不存在了，也就没有浮力了，所以没有分层现象。

当叶光富老师用绳子快速旋转小瓶，水和油在离心作用下实现分层。这个快速转动产生了向心加速度，在瓶子参考系看，其实是在加速参考系中看，就感受到了一个离心力。这个离心力和重力差不多等效，也就能和地球上一样实现水油分层了。

实验4 太空抛物

知识点：牛顿惯性定律

爱因斯坦等效原理

现象：航天员老师向前抛出冰墩墩模型，模型呈匀速直线运动。

解读：华中科技大学物理学院教授邹远川介绍，这是一个很好的牛顿惯性定律的演示，在地球上由于有重力，物体走抛物线，在太空中物体几乎不受重力作用，所以走匀速直线运动。

“我们还可以用爱因斯坦广义相对论的等效原理来看待这个问题。”邹远川说，等效原理表明，受到引力和进行加速运动是等效的，天宫受到了地球的引力，而且以相同的向心加速度在运动，从而二者抵消。天宫内部就变成了一个完美的惯性系，在惯性系中抛出去的物体，在离手之后也就不受任何力，从而也走匀速直线运动。

（长江日报记者陈晓彤 通讯员贾法雷）