9月21日下午，“天工课堂”第四课正式开始。 神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海超在轨为全国青少年教授太空科普知识。 这是空间站任务以来，中国航天员第四次开展面向青少年的“天宫课堂”太空教学活动。 这也是中国航天员首次在梦天实验舱授课。
在本次航天教学活动实验中，景海鹏指挥员担任“摄像头”，航天员朱阳柱、桂海超分工。 三人共同展示了球形火焰、神奇“乒乓球”、动量守恒和重见天日。 四个陀螺实验。
这四个实验反映了什么物理原理？ 这背后有哪些知识呢？ 本次航天教学活动取得圆满成功后，新京报记者采访了北京大学物理学院党委副书记、教授穆良洙，解读本次航天教学活动。
与地面不同，空间站中的蜡烛火焰近似球形
蒙天实验舱内，朱阳柱拿出蜡烛，用火柴点燃。 与地面上课堂老师点燃的蜡烛相比，空间站中燃烧的蜡烛火焰呈蓝色，形状近似球形。 在微重力环境中，蜡烛燃烧产生球形火焰。
穆良洙告诉新京报记者，在地球表面附近，如果点燃蜡烛，就能看到明亮的、泪滴状的火焰，在持续燃烧。 它之所以能燃烧，是因为石蜡受热时气化，与空气中的氧气混合而燃烧。
之所以能够持续，是因为在地表重力环境下，燃烧的火焰与周围受热的空气一起热膨胀，密度变小，形成上升气流，就像热气球上升一样，使周围的空气从火焰中流出。火焰底部。 补充流入，整体形成对流，于是氧气不断输入，形成连续燃烧。
燃烧产生火焰。 由于对流中上升气流的影响，火焰会被向上拉，形成泪滴形状。 当对流快时，火焰会被拉伸、拉长。 由于氧气充足流入，石蜡蒸气得以充分燃烧。 根据燃烧程度的不同，火焰分为焰芯、内焰、外焰。 火焰中心燃烧程度最低，温度也较低，呈深蓝色，内火焰燃烧程度最低。 越高，温度也越高，呈深红色，外焰燃烧最充分，温度最高，看上去呈鲜黄色。
他进一步解释说，在微重力环境下，蜡烛燃烧时无法形成空气对流，因此燃烧的火焰只能向四周扩散，形成球形火焰，就像吹气球一样。 在这种情况下，氧气只能通过扩散从火焰外部进入内部，无法充分补充到石蜡蒸气中，因此燃烧程度低，燃烧过程变慢，燃烧产物也会发生变化，火焰温度低，看起来暗淡。 ，颜色为蓝色。 这正是我们在空间站实验中看到的。
“微重力环境下燃烧的研究为我们提供了控制燃烧过程的新方法，对于我们全面了解燃烧机理具有重要意义。” 穆良洙说道。
在实验舱里，水球被毛巾包裹的球拍弹起。
课堂上，朱阳柱用水袋做了一个水气球。 桂海潮拿出一个普通的乒乓球拍。 水球击中球拍后，水球粘在球拍表面。 水球击中了裹着毛巾的球拍，弹开了。
9月21日，天宫课堂第四节课开始，航天员桂海超在太空打水球“乒乓球”。 （视频截图）中国载人航天工程办公室供图
穆良洙认为，水球的形成是因为水的表面和内部性质不同。 表面的水分子数密度小于内部的水分子数密度。 水分子之间有明显的相互吸引力，就像一层紧密的薄膜。 由于这种膜的收缩会导致水的表面积在固定体积下尽可能小。 当没有重力影响时，它会形成球形，就像一个充满水的气球。 当有重力时，水气球会受到挤压，形成圆饼形状。 类似荷叶表面的水滴。
毛巾的疏水表面类似于荷叶的表面。 当水接触到它时，它很容易滑落而不会粘在上面。 疏水表面一般是仿荷叶表面的微纳结构制备的。 这样我们就可以理解，当疏水性表面轻轻撞击水气球时，就像撞击一个装满水的气球一样。 水气球会变形并弹开，然后恢复到球形。
钢球的碰撞体现了牛顿第二定律
孟气象锁舱的门上贴了标准的网布。 网布前，桂海潮将手中的钢球对准了一颗静止不动的钢球，扔了出去。 碰撞后，钢球的运动轨迹发生变化。
穆良洙表示，在微重力环境下，两个不同质量的钢球在碰撞前后动量发生变化，但碰撞前的总动量和碰撞后的总动量保持不变。
钢球的动量通常定义为质量乘以速度。 这是用来描述钢球的平动状态的物理量。 要改变其动量，需要施加力。 这就是牛顿第二定律所描述的定律。
9月21日，在北航碰撞时角动量守恒，学生们观看“天宫课堂”第四课。新华社记者 鞠焕宗 摄
对于两个钢球，如果将它们视为一个整体，则总动量描述了整体的平动状态。 如果要改变总动量，两个小球所受的总力就不能为零。
他告诉记者，在微重力环境下，碰撞前，两个钢球所受的力几乎为零，因此它们都保持动量不变，即平移状态不变。 当它们相互碰撞时，每个钢球在被另一个钢球撞击后，各自的动量发生了变化，即平移状态发生了变化。 碰撞后，每个钢球所受的力几乎为零，因此碰撞后的动量保持不变，即保持碰撞后的平移状态。
由于钢球碰撞时，各自的力是一对相互作用力，相加结果为零，不会改变两个钢球的整体动量。 因此，碰撞前的整体平动状态和碰撞后的整体平动状态保持不变。
桂海超用陀螺仪再现“空间转向”
在本次空间讲座中，桂海潮用金属陀螺仪演示了静止和旋转时的角动量守恒，再现了“空间的转动”。
记者注意到，这个陀螺可以垂直旋转。 漂浮在空中的桂海潮先是握住了固定陀螺两侧的把手。 一系列的动作之后，他的身体姿势却没有任何变化。 当朱阳柱快速做出上旋的时候，桂海潮做出同样的动作时，身体也明显发生了旋转。
穆良洙解释说碰撞时角动量守恒，物体的运动除了平移之外，还可以旋转。 由于旋转与角度有关，因此一般用角动量来描述物体的旋转状态。 角动量的变化需要扭矩。 当没有扭矩时，角动量仍然存在。 守恒，即旋转状态保持不变。
当静止的潮汐波抓住静止陀螺的侧面时，人和陀螺都不旋转，总角动量为零。 在微重力环境下，桂海潮做出各种动作时，人和陀螺仪整体所经历的力矩为零，因此总角动量不变，保持为零，从而使陀螺仪和人体在微重力环境下不发生旋转。结尾。
当陀螺快速旋转时，就有角动量。 虽然人没有旋转，但人和陀螺的总角动量不为零。 在微重力环境下，当桂海潮进行各种运动时，人和陀螺仪整体上的力矩仍然为零，因此总角动量保持不变。 陀螺仪上的扭矩不为零，因此陀螺仪的角动量发生变化，即旋转状态发生变化。 但由于整体角动量保持不变，所以人的角动量一定会改变，即人一定会旋转。
