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“天宫课堂”中浮力不存在的实验结论不正确/李务伦

已有 790 次阅读 2024-1-11 14:23 |系统分类:科研笔记

    中国空间站“天宫课堂”曾做过浮力的实验,图1是实验截图。宇航员由此实验得出:太空中存在于水中的乒乓球,乒乓球不存在浮力。得出这样一个结论原因是因为太空舱所处的位置,地球的引力强度(重力)接近为零,图1中的水和乒乓球受到的地球引力也接近为零,所以乒乓球在水中不存在浮力。如果在没有研究浮力产生的数理原因前,我也会赞同这一结论,但现在确认为这一结论不正确。

图片3.png 

1  中国空间站天宫课堂浮力实验截图

为说明上述结论,先看图2太空舱中液体形态。太空舱中液体由最初的异型很快收缩为球态,对于这种情况许多人可能说,表面张力导致液体为球。然而事实真的是这样吗?以图2示液体放在水平不渗漏的水平地面,人们肯定回答是薄薄圆形一层。可见表面张力并不是太空舱中液体形成球体的真正原因,真正使图2的液体在无重力环境下成为球的原因是下面的性质:图2中液体球内同球面上引力强度、相同质量质点的受力相等方向均指向球心;同球面上压力、引力位相等;同球面压力、引力位上横向梯度为零,纵向梯度值相等;引力线垂直球内任意球面且指向球心。以上性质使得图2液体球内所有质点均处于平衡稳定静止状态

图片4.png

2 太空舱液体最终形态

    图1乒乓球是否存在浮力?先看图3,图3是水球中含有乒乓球的示意图。乒乓球的存在,根据前面所述的性质,使得水球中所有质点并不具有稳定的条件,根据之前博客《上浮力和下沉力的第二种算法https://blog.sciencenet.cn/blog-3433895-1414657.html》和《首揭均匀介质中物体浮、沉与阿基米德定律存在的数理根源https://blog.sciencenet.cn/blog-3433895-1399996.html的陈述,乒乓球在水球中的受的上浮力和浮力分别为:

图片5.png……1)

图片6.png……2)

上述式(1)是乒乓球远离水球球心的力,式(2)是乒乓球在水球中乒乓球受到的浮力。因此,由上述二式可以发现图1中,乒乓球浮力仍然存在,因而“天宫课堂”中液体中的乒乓球仍存在浮力,所以“天宫课堂”得出的浮力不存在的结论“不正确”。

在无重力环境中,一切多种密度组合在一起的可塑物质,将形成一个新的球形系统。在这个系统中形成自己的力学系统,所有质点在这个系统中将自动寻找自己能稳定位置,在寻找稳定位置过程中不是升就是降,也就是存在上浮力、下沉力及浮力。

图片7.png 

3

    在这里否定了“天宫课堂”浮力不存在的结论,从理论来说没有问题,但还需经实验的证实。因此希望中国空间站能做以下实验:1、在空间站中最大可能的用水做实验,看看水最终是否为球态;2、水若为球态,也如图1植入乒乓球,验证是否有浮力;3,水若为球态,球中植入钢球,验证一下钢球是否最终栖居球心,而形成球层。从前面陈述的性质看,都应成功,但最终的结果还得看具体太空站实验。如果以上三个实验结果分别是:1、异型态水最终为球态;2、乒乓球远离水球球心,即浮力存在;3、钢球最终栖居球心位置,这将为地球动力学理论的系统性突破有重大意义!



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