ビング・ドゥエン・ドゥエンは宇宙で宙返りをするの？液体を橋として使用できますか?人類の宇宙教育の貴重な映像がここに

この記事の専門家：中国科学院宇宙応用工学技術センター、劉 燕

「オンライン講座の上限」がまた更新されました！

2022年3月23日午後5時40分頃、私たちの「宇宙出張トリオ」は、天宮からの2回目の教訓を地球の人々に伝えました！

出典: CCTVニュース

何？何？中国の宇宙ステーションで聞いた話:

「

王亜平先生が「アイスホッケー」を作りました?

一番人気の曲「Bing Dwen Dwen」は空っぽすぎませんか？

液体を使って宇宙に橋を架けることはできるでしょうか？

天と地の間に相互作用はあるのでしょうか？

”

小さなスツールを動かして、ここがポイントです〜

宇宙「氷と雪」実験

飽和液体が無重力状態で結晶化すると何が起こりますか?

地上では、飽和液体からの結晶化は固体物質を分離して精製する方法です。

出典：中国デジタル科学技術博物館、中国科学普及局

過飽和溶液とは、濃度が理論上の平衡濃度を超えた溶液を指します。余分な溶質は結晶として沈殿し、ろ過、洗浄、乾燥などの工程を経て、より純度の高い固体物質を抽出できます。

過飽和溶液は不安定な状態であり、外部要因によって乱されると結晶化しやすくなります。結晶化は、温度、圧力、せん断力、超音波、外部磁場など、多くの要因の影響を受けます。結晶化プロセスは、外部要因の影響下で、最初に結晶核が形成され、結晶核が徐々に成長して結晶化プロセスが完了します。

天宮教室では、王亜平先生が最初の2回、過飽和溶液を絞ったとき、管の口で結晶化が起こり、これも過飽和溶液の不安定さを示しています。押し出しによる圧力により結晶化が誘発されます。

無重力状態では、酢酸ナトリウム溶液は容器から出て安定した液体の球になります。王亜平先生は、酢酸ナトリウムの過飽和液体ボールに結晶核を浸すことで、結晶化を速やかに完了させました。結晶化は発熱過程であるため、氷玉は触ると温かく感じられます。

出典: CCTVニュース

出典：中国デジタル科学技術博物館、中国科学普及局

地上では、過飽和溶液の結晶化実験は容器内でのみ実行できます。結晶化の際に生成される氷結晶の形状は容器と同じであり、宇宙空間のように氷球になることはできません。

液橋実証実験

無重力環境でも水の表面張力は存在するのでしょうか?

液体橋は、2 つの固体の間にある小さな液体の柱です。

液体の表面張力とは、液体の表面に作用して液体の表面積を減少させる力です。すべての液体には表面張力があり、特に無重力の影響下では表面張力はさらに強くなります。

表面張力により、液体の表面は、液体の動きを制限する「弾性膜」のようなものに相当します。その本質は、液体がガスと接触する表面に表面層と呼ばれる薄い層があることです。表面層の分子は液体内部の分子よりもまばらであり、分子間の距離は液体内部よりも大きい。分子間の相互作用は重力として現れます。バネを引っ張ると縮むのと同じです。

地上の重力の作用下では表面張力が非常に弱いため、通常の重力環境下で形成される液体ブリッジは非常に小さくなります（通常は数ミリメートルのみ）。これを超えると、液体の橋は重力とバランスが取れなくなり、崩壊してしまいます。

出典：中国デジタル科学技術博物館、中国科学普及局

宇宙では無重力の影響により、非常に大きな直径を持つ液体橋が形成されることがあります。かつてISS（国際宇宙ステーション）には直径50mmの液体橋が建設されたことがある。

指の間の液体の橋、画像出典:

http://www.csu.cas.cn/kxcb/kpdt/201609/t20160907_4659506.html

地上の液体橋のサイズは小さいですが、その役割は過小評価できません。よく観察してみると、人生には液体の橋の例がたくさんあることがわかります。

海岸では、乾燥した細かい砂を水と混ぜてさまざまな形に成形することができます。 （これは、水が小さな砂の粒子の間に液体の橋を形成し、緩んだ砂が集まるためです）

滑らかなテーブルの上に、水に浸した白い紙を置くと、紙とテーブルの間に液体の橋が形成されるため、紙がくっついてしまいます。

…

水と油の分離実験

無重力環境では水と油の分離現象は消えるのでしょうか？

地上では、水と油は層状になっており、常に水が下にあり、油が上にあります。これは、水と油が混ざらず、油の密度が水よりも低いため、水の上に浮くからです。

出典: CCTVニュース

しかし、宇宙ステーションでは重力の影響がほとんどないため、密度の高い物体は沈まなくなり、密度の低い物体は浮き上がることがなくなります。水と油が混ざり合っており、両者の間には目に見える境界がありません。回転させることにより、水と油を分離することができます。

それで、なぜでしょうか?

出典: CCTVニュース

同じ体積の場合、水の密度は油より大きく、水の質量も大きくなります。向心力の公式 F=mrw2 によれば、角速度 w と半径 r が同じ場合、質量 m が大きいほど、水滴に必要な向心力、つまり等価遠心力が大きくなり、より大きな質量の水がボトルの底に投げ込まれます。水と油は層に分離します。

宇宙放物線実験

空中の放物線軌道と地下の放物線軌道の違いは何ですか?

物体が地面から投げられると、常に重力による垂直下向きの力を受けます。軌道を分析するには、主に投げられた速度の方向に注目します。

投げる速度が垂直方向の場合、上に投げる場合でも下に投げる場合でも、直線的な可変速度運動になります。

投げられた物体の速度が垂直方向でなくなると、斜めに投げられても水平に投げられても、物体の運動は曲線状の可変速度運動になります。

宇宙では、物体は宇宙ステーションの中にあるため、重力の影響をほとんど受けません。どちらの方向に投げられても、物体は弱い空気抵抗のみの影響を受け、速度の方向と大きさの変化は非常に小さいため、ほぼ等速直線運動とみなすことができます。

出典: CCTVニュース

そのため、宇宙飛行士は宇宙ステーションの客室内に物を投げる際には注意が必要で、「ハリー・ポッター」に変身して飛来物を着実に、正確に、容赦なく掴み、他の機器や装置にぶつからないようにしなければなりません。

宇宙ステーションは地球から約400キロ離れており、非常に近いと言う人もいます。 g=GM/r2で計算すると、重力加速度は地上の約0.9になります。重力加速度はこんなに大きいのに、なぜ微小重力なのでしょうか？

宇宙ステーションにおける微小重力の原理、

出典: http://www.cmse.gov.cn/xwzx/zhxw/202203/t20220315_49392.html

これは、宇宙ステーションが地球の周りを周回するときに遠心力が作用し、宇宙ステーションが受ける重力が遠心力を正確に相殺するからです。したがって、キャビン内のすべての物体は重力の影響を受けなくなり、浮き上がります。

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どうぞお楽しみに

中国デジタル科学技術博物館、中国科学普及！

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