学生在北京航空航天大学看航天员做奇妙“兵乓球”实验。 新华社发
动量守恒实验。 央视新闻截图
球形火焰实验。 央视新闻截图
又见陀螺实验。 央视新闻截图
“星空浩瀚无比，探索永无止境”。中国空间站作为国家太空实验室，也是重要的太空科普教育基地。9月21日下午，“天宫课堂”第四课开讲，此次是中国航天员首次在梦天实验舱内进行太空授课。“太空教师”是神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮，课程表包括梦天实验舱介绍、球形火焰实验、奇妙“兵乓球”实验、动量守恒实验、又见陀螺实验、天地互动环节。
第1节 走进新教室
有高温炼丹炉也有超冷实验柜
梦天实验舱有13个科学实验柜的安装空间。其中的高温材料科学实验柜可理解为“太空炼丹炉”，第一批在此接受高温考验制备的材料，已随神舟十五号航天员返回地面，其中有一种材料具有非常好的柔韧性能，非常适合制作新型的晶体软电子器件，有希望推动半导体技术的进步和升级换代。另外，超冷原子物理实验柜可制备出地面无法实现的温度，接近绝对零度的超低温物质，这种物质的原子会呈现特殊的状态，更好地探索量子力学的奇异世界。
第2节 球形火焰实验
蜡烛燃烧在空间站和地面有啥区别?
在空间站中，蜡烛的火焰呈近似球形，而在地面，竖直状态下蜡烛的火焰呈锥形。为什么会这样?因为地面有重力的作用，燃烧后的热气上升、冷气下降形成了浮力对流，因此，蜡烛的火焰呈锥形。而在空间站里，微重力环境几乎消除了这种浮力对流，燃烧后的气体向各个方向运动的趋势相同，因此不管蜡烛的方向朝向哪一个方向，它的火焰都呈近似球形。此外，在空间站的燃烧对流十分微弱，氧气补充不如地面及时，因此蜡烛燃烧也不如地面充分，火焰的温度也会更低一些，空间站中的是蓝色火焰，这就是一个燃烧温度低的表现。
第3节 奇妙“兵乓球”实验
用来擦汗的运动毛巾可把水球弹开?
朱杨柱先用饮水袋来做一个小水球，桂海潮拿着普通的乒乓球拍去击打这一个水球，水直接沾到了球拍的表面。朱杨柱用的乒乓球拍则包裹了运动擦汗用的干毛巾，球体碰到球拍没有破裂，也没沾到毛巾表面，而是像乒乓球一样弹开了。随后，朱杨柱和桂海潮对打了起来，“在太空开展乒乓球比赛还是挺有意思的，以后可以用水球开展乒乓球比赛了。”为什么用来擦汗的运动干巾可以把水球弹开呢?因为除了表面张力使水球不容易破裂之外，毛巾的表面还布满了疏水的微绒毛，有很好的疏水性能，这种疏水结构的处理工艺在纺织工业里面是很常见的，大家穿的冲锋衣、速干衣都用了这种工艺。
第4节 动量守恒实验
相同质量钢球碰撞会如何运动?
把一个质量500克，直径49.5毫米的实心钢球放到网格布前方的中央，该钢球是静止的，再用另一个一样的钢球去碰撞静止的球，产生动量交换，运动的钢球静止了，而原来静止的钢球沿着运动的钢球的运动方向前进。那不同质量钢球碰撞又会如何?当一个质量是100克的小钢球去碰质量是500克的大钢球，碰到后，小钢球调转了方向，大钢球沿着小钢球初始的运动方向继续前进。通过计算就可发现，这些碰撞无论是接近于正碰的情况，还是斜碰的情况都满足动量守恒。但是当年提出动量守恒定律的物理学家们，可没有这样理想的实验条件，他们依靠缜密的逻辑和简单的实验设备，就推动了物理学不断向前发展。
第5节 又见陀螺实验
在太空中转身的原理是什么?
当陀螺静止，改变陀螺方向时，身体姿态没发生明显改变；当陀螺自转，改变陀螺方向时，发生了转身。这是为何?高中物理讲力是物体动量发生改变的原因，大学讲力矩是物体角动量发生改变的原因。陀螺静止没转动角动量为零。陀螺快速自转有较大角动量，改变陀螺方向时的角动量产生显著变化，跟手产生较大反作用力矩，轻松转身。空间站用同样原理在太空中转身:把身体想成空间站，两手和陀螺看作空间站的控制力矩陀螺，其高速自转具有非常大的角动量，改变控制力矩陀螺方向就可对空间站施加很大力矩，改变空间站姿态。
第6节 天地互动环节
空间站上能看见太空垃圾吗?
“空间站上能看见太空垃圾吗?”航天员回答一位来自内蒙古同学的疑问。太空垃圾确实存在，而且还不少，对空间站的危害也不小。“我们也非常好奇，常通过空间站的舷窗去看甚至还用望远镜去找，但目前还没发现太空垃圾的踪影。科技人员会利用科技手段时刻盯着它们的一举一动，一旦对空间站有威胁，就会采取相应的措施，比如通过轨道机动等进行主动规避。同时，空间站还有一些特殊的防护装备，就像穿了一副铠甲，即使碰到空间碎片也会安然无恙。”
整合:李芷琪 来源:新华社 央视新闻
