王亚平做了一个特殊的水球!为何水球成倒像,而里面气泡成正像?

王亚平做了一个特殊的水球!为何水球成倒像,而里面气泡成正像?

首页休闲益智折射弹球更新时间:2024-05-09

12月9日下午,中国空间站上的三名航天员给大家上了一堂生动的“太空课”!这也是中国空间站入轨以来的首次太空授课,主讲老师王亚平绘声绘色地讲解了很多太空小知识,详细介绍了中国空间站内的“健身房”,“小厨房”,以及“实验室”。

另外,空间站上的三名航天员还使用提问的方式,远程回答了地面小朋友提出的各种疑问:在太空中能自由走路吗?空间站能上网收发邮件吗?空间站中的饮用水是怎么来的?太空中能正常转身吗?等等。

其中最精彩最生动的就是水球实验课了,王亚平用一个简单圆环做成了一个特殊的大水球,大水球显示了王亚平的倒像。接着,王亚平往大水球里面添加了一个大气泡,神奇的一幕出现了,大气泡却显示出王亚平的正像。

为何水球成倒像,而水球里面气泡却成正像呢?估计很多小朋友都想知道原因吧,那么我就来简单科普一下。

光的折射

常玩弹珠的小朋友应该从透明的玻璃球中看到过这种景象,对面的人和物都是倒的,而且左右颠倒,为什么会这样呢?这其实是因为玻璃球对光的折射所致。

其实,光的折射在现实世界中普遍存在,海市蜃楼、幻日、日华等自然现象都跟光的折射有关,就连夜空中的星星眨眼也是光的折射引起的,因为航天员在太空中看到的星星是不会眨眼的。

真空光速为299792458米每秒,是一个固定的常数C,光在致密的空气中、水中和玻璃中传播速度比真空光速要小,因此才会出现折射现象,折射率就是反应光在介质折射的强度。

折射率公式为n=c/v,n是折射率,C是真空光速,V是光在介质中速度,由折射率公式可以看出,折射率其实就真空光速和介质光速的比值,V越小,那么折射率就越大,那么光的折射就越明显。

凸透镜原理

玻璃的折射率在1.5~1.85之间,正是因为玻璃对光的折射率很大,所以,我们就用玻璃做成凸透镜,凸透镜能将阳光汇聚在一个点上,这个点能产生数百摄氏度高温,能轻松点燃火柴棍,甚至能点燃纸张。

说到凸透镜,就涉及到一个焦距问题,凸透镜的焦距由它的曲率而定,也就是说中间部分越突出焦距就越小,一般来说,凸透镜的焦距定在10厘米左右。

凸透镜的焦距还决定了物体倒像和正像,当物体与凸透镜的距离在一倍焦距以内时,得到放大的正像,当物体与凸透镜的距离在一倍焦距和两倍焦距之间时,得到放大的倒像,当物体与凸透镜距离在两倍焦距以外时,得到缩小的倒像。

其实,玻璃球就是一个最厚的凸透镜,由于中间部分太过突出,导致它焦距极短,焦距在它的外表面附近,所以,我们通过玻璃球来观看前方的物体,物体与玻璃球的距离永远都在两倍焦距之外,所以,我们将看到一个缩小的倒像,并且左右颠倒。

王亚平在太空做的水球相当于一个玻璃球,水的折射率约在1.333,要比玻璃略小,但仍无法改变水球焦距太短的问题,焦距仍然在水球表面附近,所以,我们通过水球看到对面王亚平的就是缩小的倒像,跟玻璃球一样。

为何水球里面大气泡显示正像?

我们换位思考一下,阳光通过空气进入玻璃做成的凸透镜,光线会汇聚在一起,那么阳光通过玻璃进入空心的凸透镜时,还会把光线汇聚在一起吗?结果去是相反的,光线变分散,其原理和凹透镜有些相似。

所以,大水球里面有了大气泡就相当于有了两个透镜,一个是凸透镜(大水球),另一个是凹透镜(大气泡),一个是聚集光线,另一个是分散光线,合在一起最后获得的效果是大气泡表面图像成正像,由于气泡表面是弧状的,于是显示为缩小的正像。

这就是为什么王亚平做的大水球显示出她的倒像,大水球里面的气泡反而显示出她的正像了,你看懂了吗?

结尾

空间站环境跟地面环境最大的差别是没有重力,王亚平才能在空中做出一个圆圆的大水球来,然后再在大水球里面放一个大气泡,但在有重力的地面上,这是不可能做到的。

正是因为没有重力,多种科学实验才拿到太空中去进行,可以取得事半功倍的效果,国际空间站就进行过数百项科学设计实验,取得了巨大的科学成果,例如铯原子钟实验,玻色–爱因斯坦凝聚体实验等。

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