在這些神奇實(shí)驗(yàn)的背后，包含了哪些科學(xué)的奧秘？來聽鄭州經(jīng)開區(qū)實(shí)驗(yàn)中學(xué)物理教師孫國亮的深度揭秘。

1.毛細(xì)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

在地球上，如果我們把細(xì)玻璃管插入水杯中時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)管內(nèi)液面高于容器內(nèi)的液面，而且玻璃管內(nèi)的液面還是個(gè)凹面，這就是毛細(xì)現(xiàn)象的一種。

這是因?yàn)橐后w表面類似張緊的橡皮膜，如果液面是彎曲的，它就有變平的趨勢。因此凹液面對下面的液體施以拉力，使液體沿著管壁上升，當(dāng)向上的拉力跟管內(nèi)液柱所受的重力相等時(shí)，管內(nèi)的液體停止上升，達(dá)到平衡。植物莖內(nèi)的運(yùn)輸管道——導(dǎo)管就是植物體內(nèi)極細(xì)的毛細(xì)管，它能把土壤里的水分吸上來。此外，生活中的磚塊吸水、毛巾吸汗、粉筆吸墨水等都是常見的毛細(xì)現(xiàn)象。

在天宮課堂上，航天員展示的毛細(xì)現(xiàn)象比在地球上更顯著，這是因?yàn)樵诳臻g站內(nèi)處于微重力環(huán)境，忽略液體重力，管內(nèi)的凹液面所受到的向上的拉力可以拉著水一直上升，直到管口。

2.水球變“懶”實(shí)驗(yàn)

首先，水球的形成是由于水的表面張力作用的結(jié)果。把空心鐵球放入水球后，由于是微重力環(huán)境，鐵球幾乎不受重力，但水對鋼球存在粘滯力，所以鐵球不會(huì)掉下來。當(dāng)水球中加入空心鐵球后，二者組合成了液固混合體，由于物體振動(dòng)幅度與質(zhì)量成反比，所以當(dāng)水球質(zhì)量增大時(shí)，混合體振動(dòng)幅度減小。此時(shí)，其固有振動(dòng)頻率也會(huì)減小。

3.太空趣味飲水

在太空失重環(huán)境里，許多在地球上習(xí)以為常的現(xiàn)象都變得有趣起來，以喝水為例，在微重力條件下，水會(huì)凝結(jié)成圓球狀漂浮在空中，就算你把杯子倒轉(zhuǎn)，水也不會(huì)自動(dòng)流進(jìn)你的嘴里。因此，航天員喝的水都是裝在袋形容器中的，其上還安裝有一個(gè)帶蓋子的吸管，航天員喝水時(shí)可以直接把蓋子打開用吸管吸水。當(dāng)然，由于處在失重，航天員可以站著、躺著喝水。

這個(gè)過程中相關(guān)的物理知識(shí)就是——大氣壓強(qiáng)。在空間站內(nèi)是有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的，當(dāng)航天員吸走吸管里的空氣時(shí)，吸管內(nèi)部氣壓變小，外界氣壓就會(huì)將水壓入氣壓小的吸管，水就進(jìn)入嘴里。由于處在微重力環(huán)境中，幾乎不用考慮水受到的重力，所以只靠吮吸作用，就可以用2米長的吸管輕松喝到水。

4.會(huì)掉頭的扳手

這個(gè)展示內(nèi)容包含一個(gè)原理——賈尼別科夫定理，1985年由俄羅斯宇航員弗拉基米爾·賈尼別科夫（Vladimir Dzhanibekov）在空間站中偶然發(fā)現(xiàn)的：一個(gè)剛體繞著它轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大的主軸（第一主軸），或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小的主軸（第三主軸）旋轉(zhuǎn)時(shí)是穩(wěn)定的，而繞著中間軸（第二主軸）旋轉(zhuǎn)時(shí)則是不穩(wěn)定的。實(shí)驗(yàn)中，兩個(gè)扳手的旋轉(zhuǎn)方式不同、質(zhì)量分布不同，所以出現(xiàn)了不同的掉頭現(xiàn)象。這是在失重環(huán)境下發(fā)現(xiàn)的奇妙現(xiàn)象，也是科學(xué)世界的魅力所在。

青春有夢，勇敢去追，夢想的盡頭是星辰大海。熱愛科學(xué)的少年注定未來可期。科學(xué)世界最大的魅力就在于它的未知，而我們需要做的就是永遠(yuǎn)保持一份好奇，積極去探索、發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)夢想。