龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn “天宫一号”中的物理知识 作者：李晓星 来源：《初中全科导学》2011年第12期 今年9月29日，我国第一个空间站“天宫一号”在酒泉发射成功。“天宫一号”上天以后将分别与神舟八号、神舟九号、神舟十号飞船对接。从而建立第一个中国空间实验室。“天宫一号”是科学家们集体智慧的结晶，用到了许许多多有趣的物理知识。 “天宫一号”的外壳 10月10日，“天宫一号”目标飞行器发回首张自拍照。照片中，“天宫一号”只露出半个身子，可以清楚地看到资源舱外表局部和中继卫星天线，它的外表面是银白色的，十分好看。大家有没有想过，“天宫一号”为什么要做成浅色的? 这是因为在太空飞行的“天宫一号”，要经受剧烈的温差考验。“天宫一号”在太空中向着太阳的一面，由于太阳光线的直射，其温度会高到100℃以上。而背阴的那一面又会冷到-200℃左右。这么大的温差肯定对飞船是有害的。为了解决问题，科学家在“天宫一号”的外表面涂上一层银白色的涂料。这样，当阳光照射在上面时，可以减少壳体对热辐射的吸收，防止温度剧烈升高。当壳体背向太阳时，银白色的外壳又可以减少它向外辐射热。 “天宫一号”的密封加压舱 看资料我们会发现，“天宫一号”的核心舱和两个实验舱都是密封加压舱。密封舱我们都能理解，因为飞船飞行在外太空，外面是真空，所以需要密封舱，但是为什么还要增加压强呢? 通常，人们生活在一个大气压的稳定环境里。随着高度增高，气压就会明显减小。随着气压的减小，人体血液中的氧气、氮气和水分就会面临3个不同的关卡。 据测定，上升到3048m的高度时，大气压力已降低了近一半，氧气的紧缺会使人出现高原反应。人会感到眩晕、恶心、反应开始迟钝。所以，在3000m以上高空飞行的飞机，必须采用加压密封舱，以保障飞行员和乘客的安全。 “天宫一号”为什么向东南方向发射 大家都知道，跳远运动员在起跳前，先要助跑一段距离：而掷铁饼运动员，则是先转上几圈，再将铁饼投掷出去。这都是利用惯性，使人在起跳前、铁饼在出手时，就有了一定的初速度，可以比静立跳得更远、投得更远。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn “天宫一号”之所以要顺着地球自转的方向发射，道理正跟跳远和投掷铁饼一样，因为地球上的物体都随着地球的自转一起转动。根据惯性原理，如果顺着地球自转方向发射火箭，火箭在离开地球时就已经有了一个初速度，这个初速度的大小就是地球自转的速度。 地球由西向东自转，地球自转的速度并不是全球各点都一样的，越近南北极，速度越慢；越近赤道，速度越快，在赤道上可达465米／秒。要使火箭绕着地球飞行不落到地球上来，那就需要使火箭达到7.9千米／秒的第一宇宙速度；要使它飞向月球，就需要达到11.2千米／秒的第二宇宙速度。要达到这样的速度，首先要依靠火箭本身的推力，可是如果火箭在赤道上发射，那么就有465米／秒的初速度可借。 虽然这个速度不大，但无论从科学上、经济上来考虑，沿着地球自转方向发射火箭，借用地球自转的速度总是有利而无弊。 失重条件下的烛焰 “天宫一号”将连接三艘神舟飞船，搭建一个空间实验平台。宇航员们可以在“天宫一号”里做许多复杂的实验，做实验时通常都要用到火，比如焊接。这就涉及到一个有意思的问题：“在‘天宫一号’里能点燃火焰吗?” 这个问题最早由爱因斯坦提出来，原版问题是“在完全失重的条件下能点燃蜡烛吗?”他本人认为不能。 爱因斯坦认为，在地面上之所以能点燃蜡烛，主要是由于重力的存在，密度小的热空气比重小，密度大的冷空气比重大，于是热空气上升，冷空气下降，造成冷热空气的对流，使烛焰源源不断补充到新鲜空气，从而能持续燃烧下去。但在失重的情况下，空气已没有重量了，热空气虽然密度小，冷空气密度大，但比重均已消失，所有物体均处于自由飘浮状态，这时在蜡烛芯周围的是一团已燃烧过的热空气，外面的氧气无法跑进去，烛芯得不到氧气补充，就无法继续燃烧，因此点燃的蜡烛会很快熄灭。 任何猜想都需要实验来检验。我们虽然没有在“天宫一号”的失重环境下工作，但我们同样可以做实验来确认，失重条件下是否可以点燃火焰。 首先，在一密封的玻璃容器内放一支点燃的蜡烛，容器内的氧气供应是充足的，然后让这个容器从3米高处自由落下。如果忽略空气阻力，则容器及其内部所有物体都处于失重状态。实验结果是蜡烛的火焰并没有熄灭，只是它发出的光比通常情况下暗一点，而且完全是球形的，见图所示。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 这是什么道理呢?原来在失重的条件下，虽然冷热空气的对流不复存在，但是气体的热运动还是存在的，有热运动就会产生扩散。 在烛芯附近的热空气的成分是二氧化碳，会向四周扩散，这样蜡烛的火焰仍能维持燃烧下去。由于处于失重状态，空间已分不清上下左右，各个方向都是均等的，所以这时烛焰是球形的。 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/283c832af38583d049649b6648d7c1c708a10b17.html