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2013年06月21日 08:15
来源:新京报

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实验2

神奇单摆做圆周运动

物理课上常见的实验装置单摆受力后是左右摇摆还是圆周运动?这个稍有物理常识的人都很容易回答的问题,放在太空就变得超乎想象了。

在第二个实验中,T形支架上,细绳拴着一颗明黄色的小钢球,这就是物理课上常见的单摆。王亚平把小球轻轻拉升到一定位置放手,小球并没有出现地面上常见的往复摆动,而是停在了半空中,拴小球的细线呈弯曲状静止,将其拉高后,结果并没有发生变化。

接下来,王亚平用手指沿切线方向轻推小球,小球就开始绕着T形支架的轴心做圆周运动,即使中心轴的角度发生改变,小球也仍然做同样的运动。而同样的动作在地面对比试验中,就需要施加足够的力,给小球一个较大的初速度,才能使它绕轴旋转。

【解读】小球单摆是一个经典的运动模型。在地面上,小球单摆具有等时性,比如摆钟。在太空中,由于小球失重,只剩下一个绳子的拉力,理论上说,单摆上的小球无论放在哪个位置都不会动,小球会飘浮在空中。

但在实验中看到,小球提高到一个位置时,发生了晃动。即在太空中,如果给了小球一点初速度,小球就能在绳子的牵引下做圆周运动,如果摩擦小,这种圆周运动是匀速的。据了解,太空中的一个小动作,甚至呼吸,天宫一号设备的运转都可能造成小球运动。

实验3

陀螺轴向不变向前飞

为了证实高速旋转的陀螺在太空失重条件下的定轴特性,王亚平取出一个红黄相间的陀螺,把它静止悬放在空中。用手轻推陀螺顶部,陀螺翻滚着飞向远处,轴向也发生了改变,期间,聂海胜也对陀螺进行干扰。

紧接着,王亚平取出一个一模一样的陀螺,通过道具让它旋转起来并悬浮在半空中,这时候再用手轻轻一推,旋转的陀螺只是轻晃一下,并不翻滚,而只是保持着固定的轴向,向前飞去。

【解读】旋转的陀螺体现出很好的定轴性,定轴性遵守角动量守恒原理,即在没有外力矩作用的情况下,物体的角动量会保持恒定。据了解,现实生活中有很多体现,比如子弹从枪膛里出来时高速旋转,这样保持稳定性和准确性。不论在太空还是在地球,都遵守角动量守恒原理。

在地面上,陀螺需要支撑物实现转动,而陀螺与支撑物之间的摩擦产生的干扰力矩等因素改变了陀螺的角动量,使其旋转速度逐渐降低,不能很好地保持旋转方向,最终停下。在太空中,给静止的陀螺一个初速度,就会向前翻转。给正在转动的陀螺一个初速度,轴向几乎不变。

据了解,利用角动量守恒定律,可以实现卫星的定向控制。而有些轿车上,就安装了测量车身纵向和横向摆动的陀螺传感器,可以实现车身稳定度的控制。

 
[责任编辑:管晓萌] 标签:开始 难度高于美国 太空
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