学物理？你咋不上天呢！今天我们不仅要学物理，还要上天学物理！2013年6月20日，神舟十号的三名航天员在天宫一号上进行了世界第二次、中国第一次的太空授课。明天4月24日是第二个中国航天日，在航天日即将到来之际，今天的线上科学日我们就带大家共同回顾这次载入史册的太空课堂。在太空授课正式开始之前，地面上的老师先为大家解释了一个问题：太空中的宇航员为什么会呈现失重状态？
其实这并不是因为在太空中宇航员受到的万有引力就消失了，事实上根据万有引力定律的计算，天宫一号中的宇航员受到的万有引力的大小仅仅比在地面上减小了9.9%。宇航员们之所以会失重漂在空中，是因为天宫一号绕地球圆周运动时有一个向心加速度，因此天宫一号不是一个惯性参考系。所以在以天宫一号为参考系来分析宇航员的受力时，除了受到的万有引力，还要考虑非惯性参考系带来的虚拟的“惯性力”。
这个“惯性力”的方向与参考系相对于惯性系的加速度的方向相反，大小等于物体的质量×参考系相对于惯性系的加速度，因此它与万有引力等大反向，所以宇航员就处于失重状态漂在空中。紧接着我们的宇航员就惊艳亮相啦，上来就给我们表演了一个“太空打坐”和“大力金刚指”。第一个实验是质量的测量，在地面上测质量无论是托盘天平还是电子秤，我们都是利用重力来间接测量的。太空中处于失重状态，我们怎么测质量呢？
其实原理非常简单，就是我们最熟悉的牛顿第二定律F=ma。给宇航员一个恒定的拉力，只要测出拉力和加速度的大小，我们就可以算出宇航员的质量啦。仪器上显示的就是测出的宇航员质量74kg。除了利用牛顿第二定律，还有什么办法可以在太空中测质量呢？注意看图中两个物块相同的弹簧下振动频率是不是不一样？利用这个差异能不能测质量呢？欢迎在评论区留言告诉我们答案！
接下来是单摆演示实验，在地面上小角度的单摆运动可以看做是简谐振动，然而在太空中无论多大角度，由于处于失重状态，小球岿然不动。如果给小球一个初始的推动力，它竟然可以做圆周运动，是不是和地面上很不一样呢？地面上的同学提出了一个问题：在太空中能不能感受到上下的方位？实际上，由于处于失重状态，人自身是没有上下的感觉的，不过为了工作的方便，我们人为地将朝向地球的方向定义为“下”，并在那一侧铺设了地板。
紧接着进行的是陀螺定轴性的演示，一个普通的没有旋转的陀螺给它一个外力，它转轴的指向是很容易改变的。但对于高速旋转的陀螺，当它受到微扰时，转轴的方向几乎不会改变，这是因为高速旋转的陀螺具有很大的角动量，一个小的力矩对角动量的影响不大，所以具有很好的定轴性。利用这个特性制作的陀螺仪，无论是在航空航天还是手机电脑等电子设备中，都具有十分重要的应用。
最后一个实验是水球演示，在太空中由于失重的影响，水滴在自身表面张力的作用下都会趋于球形。这是一个小水球，这是一张水膜，水膜上还可以附着一个中国结，往水膜里加水还可以形成大水球，透明的水球对光线的折射形成了一个透镜，透过水球可以看到宇航员的倒影。小伙伴们来告诉我，这个水球算是凸透镜吗？它成的是实像还是虚像呢？往水球里注入有颜色的液体，还可以让它改变颜色，不过再好看的水球，在吸水纸的作用下都化作乌有。
实验演示完毕，在互动环节，现场的同学们向宇航员提出了许多有趣的问题，宇航员们一一作了解答。由于篇幅的关系，我们就不在此展开了，感兴趣的小伙伴可以戳开下面的视频，观看完整版的太空授课全过程。如果你觉得清晰度不够，可以点击页面最下方的“阅读原文”或者复制地址https://v.qq.com/x/page/y03949oysch.html到浏览器中，就可以观看720P高清的视频啦。
顺便预告一下，明天我们将推送航天日特辑，大家千万不要错过哦~