【矩道物理虚拟实验室】探秘“天宫课堂”毛细效应实验

2022/10/14 10:01:45 矩道科技 市场动态

天宫课堂

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        10月12日,“天宫课堂”第三课在中国空间站正式开讲。神舟十四号飞行乘组航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲面向广大青少年进行太空授课,这是中国航天员首次在问天实验舱内进行授课。


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        相比前两次天宫课堂,本次天宫课堂“解锁”了一个全新的太空教室——问天实验舱。问天实验舱里的实验项目以生命科学和生物技术研究为主,舱内搭载了科学手套箱、生命生态实验柜、生物技术实验柜和变重力实验柜等设施设备。通过这些设备,科学家们能够在空间生命科学与生物技术等领域研究多种空间环境要素下的基本科学规律、机理,关注生命生长发育和人的健康,探索人类长期太空生存所面临的一系列科学问题。


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        本次授课,航天员老师们除了给大家介绍问天实验舱工作生活场景之外,还带给大家一场太空微重力环境下的实验盛宴,有毛细效应、水球变懒、太空趣味喝水、会调头的扳手以及植物的生长研究等实验。


毛细效应实验

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        在第一个毛细效应实验中,我们看到当陈冬老师将三根不同粗细的玻璃管插入水中后,看到水沿着玻璃管快速上升,直至上升到管口,非常神奇。这到底是为什么呢?这个实验实际上展示了失重环境下液体显著的毛细现象。今天我们就一起来聊一聊毛细现象。


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        我们先在矩道物理虚拟仿真实验室中演示一下这个实验在地面上做是什么现象,我们将3根不同粗细的玻璃管插入水槽,发现管内的水面上升,是凹液面,而且越细的玻璃管中,水面越高。但是对比太空中的实验,液面上升的高度明显没有太空中的高。


       接着,我们借助矩道物理仿真实验室再来演示另外一组对照实验,这个水槽中装满了水银,现在我们同样把三根玻璃管插入水银中,看看会发生什么现象?哎,我们看到管内的水银反而是下降的,而且呈凸起状;越细的管中,水银面越低。


       以上这几个实验现象到底说明了什么呢?

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        首先,水能浸润玻璃,而水银不能浸润玻璃。像这种浸润液体在细管中上升、以及不浸润液体在细管中下降的现象,我们称之为毛细现象。


       由于水浸润管壁,液面呈凹液面,液面边缘部分的表面张力向上,这个力使管中液体向上运动。当管中液体上升到一定高度,液体所受重力与表面张力达到平衡,液面稳定在一定高度。


       而对于不浸润的水银,液面呈凸起状,边缘部分的表面张力向下,这个力使管中液体下降。当下降到一定深度,馆内外液面高度差产生的压力差与表面张力平衡,液面稳定在一定深度。


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       而在太空中是微重力环境,航天员老师们解释道:“由于没有重力束缚,流体表面张力作用会更加明显,驱动液面快速上升。别看这个实验简单,里面涉及的原理比较复杂,科学家就需要研究这些看似简单的现象,然后利用这些原理去解决遇到的问题,比如航空器发动机的燃料储箱、高空热管都利用了毛细作用。”


       宇宙浩瀚,探索无限。期待“天宫课堂”下一课快点到来!

图片

视频转载自

中国载人航天工程办公室

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作者/大橘老师

版权/矩道科技

图片来自

矩道VR/3D物理实验室软件

中国载人航天“天空课堂”

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