天宫课堂中,航天员手臂画圈为什么可以实现太空转身?

Question

如题所述

Answer 1

我国的天宫空间站天和核心舱进行了首次天宫课堂。神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富进行了太空实验现场直播。其中，叶光富通过手臂画圈实现了太空转身，引发了人们的关注和讨论。
在实验中，叶光富尝试了多种方式转身，但都未能成功。然而，当他按照王亚平的指导，用手画圈时，他的身体竟然开始旋转。这一现象让人困惑：没有外力作用，他是如何在失重状态下转身的？这个旋转角动量从何而来？
实际上，这一现象可以通过角动量守恒定律来解释。当叶光富的右手画圈时，他的身体产生了一个逆时针的旋转角动量。根据角动量守恒定律，身体为了保持总角动量不变，会产生一个反向的角动量，从而导致身体向相反方向旋转。
然而，叶光富的转身并非简单的旋转。由于旋转的手臂给身体带来的角动量，身体需要调整质心位置以保持角动量守恒。因此，当手臂产生一个头部向前旋转的力时，身体的质心位置不变，导致身体各部分的质量分布不均，从而使身体在旋转过程中出现偏移。这就是为什么叶光富在转身过程中会向右前方转动的原因。
此外，当叶光富的手臂方向改变，画圈方向由逆时针变为顺时针时，他的身体会产生一个向左前方转动的效应。这是因为旋转轴不再穿过质心，根据惯性定律，身体需要调整质心位置以保持角动量守恒。
总之，叶光富通过手臂画圈实现太空转身的现象，实际上是由于角动量守恒和身体质心调整的共同作用。这一实验展示了物理学中的角动量守恒定律在太空失重环境下的应用，让人们更加深入地了解了太空中的物理现象。