太空中上演的神奇实验（一）

姜桂祥

2013年6月20日上午，“神舟”十号航天员聂海胜、张晓光、王亚平在远离地面约340km的“天宫”一号上为全国青少年带来了神奇的太空一课，我国第一位“太空教师”王亚平通过质量测量、单摆运动、陀螺运动、水膜和水球等5个物理实验，展示了失重环境下物体运动特性、液体表面张力特性等物理现象，并通过视频通话与地面课堂师生进行了互动交流，

这些美妙的实验反映了什么样的物理原理？天地物理特性的差别给航天飞行带来什么影响，在航天活动中有什么样的应用？今天我们先来看第一个实验：太空质量测量。

在地球表面，由于受到地球引力的作用，物体放在天平的托盘中时，托盘对物体的支持力和物体受到的地球引力达到平衡，当天平平衡时，砝码与游码的总质量即为物体的质量，但在太空中是否可以仍用这种方法进行质量测量呢？

实验过程：王亚平首先展示了两支完全一样的弹簧，它们分别固定有两个不同质量的物体。画面显示，两个弹簧平衡在同一位置，无法测量出物体的质量差别，随后，镜头转向“天宫”一号中用于测量质量的“质量测量仪”，聂海胜把自己固定在支架一端（如图1），王亚平轻轻拉开支架，一放手，支架在弹簧的作用下回复原位，LED屏显示出聂海胜的质量为74kg，王亚平解释说，质量测量仪通过弹簧产生力并测出力的加速度，然后根据牛顿第二定律就可以算出质量，

专家解读：这个实验生动地说明了牛顿第二定律的基本原理——物体加速度的大小跟物体受到的作用力成正比，跟物体的质量成反比，这是一个在一切空间内普遍适用的基本物理定律，不因物体的引力环境、运动速度而改变，因此在太空和地面都是成立的，同学们如果不理解牛顿第二定律，可以只记住一个简单的公式：F=ma，只要测出了力F和加速度a，就可通过此公式的变形公式m=F/a计算出质量m，牛顿第二定律是高中学习的内容，有兴趣的同学可以看一下高中的课本，想必对它会有更好的了解。

点拨：在地球表面，由于受到地球引力的作用。物体的质量体现为物体所受的重力，物体悬挂在弹簧测力计上时，弹簧的拉力和物体受到的地球引力达到平衡，因此可以从弹簧测力计的读数中得到物体所受的重力，而在绕地球高速运动的飞船里，地球引力被飞船的离心力所平衡，飞船内部不再有地球引力的影响，也就没有了重力的概念，因此弹簧测力计就没有读数，当然就无法用弹簧测力计测物体所受的重力，也就无法求出物体的质量。

责任编辑 蔡华杰