神舟十三号｜“天宫课堂”背后知识点　此实验因危险几乎被取消？

神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富，上周四（9日）在中国太空站进行“天宫课堂”授课活动。
在长达1小时的授课时间内，航天员完成了在轨工作生活场景展示、太空细胞学研究实验展示、太空转身、浮力消失实验、水膜张力实验、水球光学实验、泡腾片实验和天地互动交流等8个授课项目。
到底每一项实验背后蕴含了甚么物理知识呢？

太空转身实验知识点：角动量

在“天宫课堂”上，叶光富展示了如何在太空中不靠外物转身，只见他的右手臂不断画圈。当身体旋转时，手臂收回旋转速度会变快。

转身实验所展现的是在微重力的环境中，航天员在不接触太空站的情况下，类似于理想状态下验证“没有外力矩，物体会处于角动量守恒”。

航天员上半身向左转动时，按照角动量守衡的原则，下半身就会向右转。当航天员伸展身体时，因为质量分布得离旋转轴比较远，转动惯性比较大，角速度就会减慢。相反，当把四肢收回时，转动惯性小，角速度就会增加，直观感受就是转动速度变快。

浮力消失实验知识点：浮力与重力伴生

在太空中，乒乓球放入水后不会浮在水面上，而是停留在水中。

浮力是随重力产生，但在太空失重环境下，液体内部压强相等，不再有上下表面压强差，浮力几乎消失。

在地球表面难以让浮力消失，难以直观地展示这项试验，但在太空站的微重力条件下，浮力和重力之间的伴生关系就可以非常清楚显现出来。

水球光学实验知识点：凸透镜成像原理

在课堂上，叶光富展示了水球光学实验，只见他在水球中注入一个气泡后，气泡都被水包围住，并形成一正一反两个影像。此时，整个水球就变成两个透镜，外圈成为一个凸透镜，呈现出倒立影像，内圈则变成两个凹透镜的组合，出现正立影像。

事实上，这项实验包含了3个物理原理。首先，在失重环境下，水滴会在表面张力的作用下收缩成一个接近完美球体的水球，而在地球上因受重力影响，水滴会呈现出水滴形，几乎不能形成一个完美的水球。

其次，水球可以被看成是一个凸透镜，当站在“凸透镜”的两倍焦距以外，就可看到一个倒立的实像。最后，由于浮力在太空中消失，即使在水球中打入气泡，气泡亦不会飘出，反而会停留在水球中。

泡腾片实验知识点：微重力环境

作为压轴出场的泡腾片（又称水溶片，Effervescent tablet）实验，一出场就吸引了不少人的关注。

在地球，只要将泡腾片扔入水中，就能看到气泡上浮。由于太空站处于微重力环境，当王亚平将泡腾片扔入水球后，气泡未有向上浮，而是在水球中相互挤压，令水球慢慢膨胀变大。

虽然这项是趣味实验，却曾因“太危险”几乎被取消展示。中国科技馆展览教育中心主任齐欣解释，实验过程中会有气体释放，若气体未有处理妥当，或会对太空站内其他设备设施造成影响。因此，出于安全考虑，泡腾片实验起初并未列入太空课堂的内容。

不过，王亚平对此实验十分感兴趣，并表示愿意自在太空站上试做实验，看看效果。在她的坚持下，泡腾片被带上太空站，并且在第一次试做实验时，航天员都小心翼翼，用吸水物包围可能随时炸开的水球。由于让人担心的情况并没有出现，气泡都被包裹在水球中，泡腾片实验最终能够纳入太空课堂的内容中。