天宫一号太空授课 航天专家解读神十航天员太空授课物理原理

新华网北京6月20日电在20日上午举行的“台空教学活动中，我国第一位“台空教师王亚萍通过质量测量、单摆运动、陀螺运动、水膜、水球等5项物理实验，演示了失重环境下物体运动特性、液体表面张力特性等物理现象，并通过视频通话与地面教室师生互动。

这些奇妙的实验反映了什么物理原理？天地物理特性的差异给太空飞行带来了什么影响，在太空活动中有什么样的应用？清华大学航空航天研究所副教授王兆奎解释了这些问题。

图表：天宫一号太空授课：太空质量测量 新华社记者 张勋 林汉志 编制图表:天宫一号泰空教学:泰空质量测量新华社记者张编译

实验一:质量测量——牛顿第二定律

实验过程:王亚平首先展示了两个相同的弹簧，固定了两个质量不同的物体。图为两个弹簧在同一位置平衡，物体的质量差无法测量。然后，镜头转向了天宫一号用来测量质量的“质量测量仪”。聂海胜把自己固定在支架的一端，王亚平轻轻把支架拉开。当他松开时，支架在弹簧的作用下回到了原来的位置。LED屏幕显示聂海胜的质量:74kg。王亚平解释说，质量测量仪通过弹簧产生力，测量力的加速度，然后根据牛顿第二定律计算质量。

专家解读:这个实验形象地说明了牛顿第二定律的基本原理——“物体的加速度与施加在物体上的力成正比，与物体的质量成反比。”这是一个普遍适用于所有惯性空的基本物理定律，不会因引力环境和物体运动速度而改变，所以在Tai 空和地面也成立。

在地球表面，由于地球引力的作用，物体的质量反映为重量。当物体悬挂在弹簧秤上时，弹簧的张力和地球的重力是平衡的，所以物体的重量可以从弹簧秤的读数中得到。在绕地球高速运动的宇宙飞船中，地球的引力被宇宙飞船的离心力所平衡。飞船内部没有地球引力的影响，也没有重量的概念，所以弹簧秤上没有读数。

天宫一号中的“质量测量仪”直接利用物体的作用力与加速度的关系，利用牛顿第二定律来确定物体的质量。这一原则广泛应用于空间活动。比如航天器总质量在燃油消耗一段时间后会发生变化，可能会影响轨道控制的精度。此时，可以打开推进器，同时测量航天器的加速度，从而计算出航天器的质量。