昨日上午，神州十號航天員王亞平作為我國第一位“太空教師”成功地完成了時長近一小時的太空授課。王亞平老師通過質(zhì)量測量、單擺運動、陀螺運動、水膜實驗和太空水球制作等五個物理實驗，生動而形象地展示了失重環(huán)境下物體運動特性、液體表面張力特性等物理現(xiàn)象，并通過視頻通話與地面課堂師生進行互動交流。

　　這些美妙的實驗反映了什么樣的物理原理?天地物理特性的差別給航天飛行帶來什么影響，在航天活動中有什么樣的應(yīng)用?清華大學(xué)航天學(xué)院副教授王兆魁對這些問題進行了解讀。

 

　　天宮一號太空授課：太空質(zhì)量測量

　　太空質(zhì)量測量——牛頓第二定律

　　實驗過程：王亞平首先展示兩支完全一樣的彈簧，它們分別固定了兩個不同質(zhì)量的物體。畫面顯示，兩個彈簧平衡在同一位置，無法測量出物體的質(zhì)量差別。隨后，鏡頭轉(zhuǎn)向天宮一號中用于測量質(zhì)量的“質(zhì)量測量儀”。聶海勝把自己固定在支架一端，王亞平輕輕拉開支架，一放手，支架在彈簧的作用下回復(fù)原位。LED屏顯示出聶海勝的質(zhì)量：74公斤。王亞平解釋說，質(zhì)量測量儀通過彈簧產(chǎn)生力并測出力的加速度，然后根據(jù)牛頓第二定律就可以算出質(zhì)量。

　　專家解讀：這個實驗生動地說明了牛頓第二定律的基本原理——“物體加速度的大小跟物體受到的作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比。”這是一個在一切慣性空間內(nèi)普遍適用的基本物理定律 高三，不因物體的引力環(huán)境、運動速度而改變，因此在太空和地面都是成立的。

　　在地球表面，由于受到地球引力的作用，物體的質(zhì)量體現(xiàn)為重量。物體懸掛在彈簧秤上時，彈簧的拉力和物體受到的地球引力達到平衡，因此可以從彈簧秤的讀數(shù)中得到物體的重量。而在繞地球高速運動的飛船里，地球引力被飛船的離心力所平衡，飛船內(nèi)部不再有地球引力的影響，也就沒有了重量的概念，因此彈簧秤就沒有讀數(shù)。

　　天宮一號里的“質(zhì)量測量儀”直接運用了牛頓第二定律，利用作用力和物體加速度的關(guān)系確定物體的質(zhì)量。這個原理在航天活動中有著廣泛的應(yīng)用。例如，航天器的燃料消耗一段時間后，總質(zhì)量會發(fā)生變化，可能影響軌道控制的精確度。這時就可以開啟推力器并同時測量航天器的加速度，從而計算出航天器的質(zhì)量。

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