本次“天宮課堂”第三課是中國航天員首次在問天實驗艙內進行的授課，神舟十四號飛行乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲面向廣大青少年進行太空授課。這次的授課精彩紛呈，讓人印象深刻。

要理解這些授課內容及其背後的科學知識，我們就要首先了解一下有關“失重”和“完全失重”的知識！

在中學物理知識中，關於“失重”是這樣描述的：

“失重”

就是指物體對支援物的壓力（或對懸掛物的拉力）小於物體所受重力的情況！此時物體有向下的加速度。

“完全失重”

就是物體對支援物的壓力（或對懸掛物的拉力）變為零的情況！此時物體的重力加速度完全等於向下的加速度。

“完全失重”正是在空間站上的人和物體能漂浮起來的原因！當人與艙內物體之間沒有內部的壓力時，人當然就漂浮起來了，在實驗艙內所做的各種科學實驗之所以與地面上的都有不同表現，也主要是因此而產生的。

需要明白的是：此時，雖然空間站以及物體、人都處於“完全失重”狀態，乍看似乎人與物體都不再受重力了，但是實際上，由於整個空間站都在圍繞著地球做圓周運動，其向心力正是由其所受重力或者說萬有引力所提供的的！也就是說此時艙體和艙內所有人以及物體都依然受到重力作用，此重力大小正好等於萬有引力！

在本次“天宮課堂”中，3名航天員在中國空間站問天實驗艙內介紹展示了工作生活場景，我們會發現在航天員的腳底下，有很多“把手”，航天員們用手攥住這些把手或者把腳鑽進去，從而獲得動力向前運動或者固定住身體狀態，防止身體飄起來。航天員向我們介紹了此次的問天實驗艙，裡面組裝了生命生態實驗櫃、生物技術實驗櫃等各個科學實驗櫃，還有科學手套箱、低溫儲存櫃等科學實驗設施。科學手套箱為我們提供了一個密閉潔淨的操作空間，讓我們的實驗更加便捷可控，未來問天艙內還將安裝一臺靈巧機械臂和一套顯微作業系統，在它們的共同配合下，就可以給細胞做手術、穿刺，操作精度可以達到5微米。

接著，航天員給我們展示了完全失重環境下的

毛細效應實驗、水球變“懶”實驗、太空趣味飲水實驗、會掉頭的扳手實驗以及植物生長研究專案介紹，並與地面課堂進行了互動交流

。

實際上，這次航天員們所做的實驗，很多都能在地球上進行，但是在太空中實驗現象會發生新的變化。從而會從另一個角度驗證相關科學原理。

科學實驗——毛細效應現象：

航天員陳冬向我們展示了“毛細效應現象”，陳冬用三根粗細不同的塑膠管放進黃色液體中，那根最細的塑膠管液體上升的速度非常快、而且最先到達管口！此現象不但比在地面上做的同種實驗更明顯而且更快速。

其物理原理是：

所謂的毛細現象，是指液體在細管狀物體內側，由於內聚力與附著力的差異，克服地心引力而上升的現象。中學物理對此的解釋是浸潤液體在細管裡升高的現象和不浸潤液體在細管裡降低的現象，叫做毛細現象。管的內徑越細，毛細現象越明顯。

其實毛細現象是一種在我們的生活中非常普遍的物理現象。比如毛巾可以吸水、植物根莖吸水，大樹就是依靠根部極細的毛細管把水分和養分向上輸送到樹梢的。在太空中，由於完全失重，相當於沒有了重力的限制，在液體表面張力作用下毛細現象更加明顯，於是能升至細管頂部！這就是航天員陳冬所做的實驗中液體能夠快速升至管頂的原因，而在地面上，當液體受到向上張力跟液柱所受重力相等時，液體就會停止上升，從而達到平衡，因此在地面上的這個實驗中，液體上升很慢，並且上升一段後就會停止了。但是太空中卻幾乎沒有了重力的限制。這種看似簡單的現象，其實具體的物理原理還是相當複雜的，科學家們透過研究這種看似簡單的物理現象，然後去解決遇到的各種問題，比如航空器發動機的燃料儲箱、高空熱管都利用了毛細作用。

科學實驗——水球變懶現象：

航天員劉洋向我們展示了這個神奇的實驗，她提前做好了一個水球，這樣的水球我們已經比較熟悉了，因為在“天宮課堂”第一課時，我們就已經見過了，之所以出現水球而不會出現水灑一地，就是因為在完全失重環境下，水滴會在表面張力的作用下收縮成一個接近完美球體的水球，而在地面上，因為受重力影響，這些水會立刻灑落一地。

接著，劉洋用空的注射器噴出氣體快速衝擊水球，於是水球劇烈的振動起來，然後劉洋向水球內投入一個空心的鋼球，鋼球沒有從另一端出來，而是彷彿

有黏性一樣又被拉回來水球內部，更有趣的是，再用空的注射器噴出氣體快速衝擊水球后，水球的振動竟然變小了！水球就像變“懶”了一樣！

這個實驗表明：在流體中加入

小球使流體的振動發生了一定的變化，似乎起到了“減振”的效果，導致水球變“懶”了。

其物理原理是：

當外力施加到水球上後，水就會發生共振，加入空心鋼球后，水球固有頻率會發生改變，導致相對不容易發生共振。

我們看直播時會發現，當時在地面上的實驗中也有類似的實驗，水裡放一個球，水的震盪也減緩了。生活中，在挑水時，常常在水桶表面放一片荷葉，也是為了減緩水的震盪，其原理也正與此相同。

這種物理原理在航空航天中相當重要，比如說航天器在分離時加速度都會比較大，此時就會用到顆粒阻尼器，它具有吸能的作用，從而減少航天器與人受到的衝擊。

科學實驗——太空趣味飲水實驗：

航天員劉洋又向我們展示了太空長管吸飲料實驗，在該實驗中，劉洋拿出一根2米長的細管，將細管的一頭插入芒果汁飲料中，她吸了一口，飲料就很快地沿著管道進入劉洋的口中。

科學實驗——太空趣味飲水實驗：

在地面上由於重力作用，2米長的管子想要吸水是很不容易的，但在完全失重的太空環境中，只需依靠吮吸的力量，就可以輕鬆喝到水了。

其物理原理是：

航天員陳冬向我們展示了T字扳手實驗，其實，這個實驗最初是由蘇聯宇航員賈尼別科夫在空間站中偶然發現的，被稱為“賈尼別科夫效應”，這種看似違反直覺的“旋轉”其實符合物理原理，在太空中，旋轉的T字形扳手在沒有外力干擾的情況下，會自己掉頭翻轉。

T字扳手的旋轉方式和質量的分佈有關。具體來說，當剛體繞著它轉動慣量最大的主軸，或轉動慣量最小的主軸旋轉時是穩定的，而繞著中間軸旋轉時則是不穩定的。

正如實驗中演示的那樣，T字扳手左右旋轉，扳手不容易調頭，上下旋轉扳手卻容易調頭。

以上這些物理實驗非常有趣，而且有大量的生活應用，類似的幾乎所有的科學知識都對我們現在的生活以及將來的生活有很大的幫助，會為人類的發展起到重要作用。

中學生朋友們，努力學習科學知識吧，為了祖國的美好未來，加油！