Im Juli 2012 endete die sechsmonatige Schicht des Astronauten Donald Pettit auf der ISS. In seiner Freizeit im Orbit nahm Don populärwissenschaftliche Videos mit Experimenten in der Schwerelosigkeit namens
Science off the Sphere auf . Die Experimente waren sehr ungewöhnlich und wunderschön, ich erinnere mich, mit welcher Freude ich sie vor fünf Jahren gesehen habe. Vielleicht war ich wegen des Jubiläumsdatums, als ich mich wieder an sie erinnerte, überrascht zu bemerken, wie wenig Aufrufe diese Videos auf YouTube gesammelt haben. Nun, dann werden sie für mehr Leser eine Neuheit sein, und es wird nützlich sein, sie zurückzurufen.
Die Werbespots wurden im Abstand von ein bis zwei Wochen als populärwissenschaftliche Sendung veröffentlicht, und am Ende jedes Werbespots stellte Don dem Publikum eine thematische Frage.
Die Antworten sind unter den Spoilern, so dass Sie ruhig denken können (es gibt sehr schwierige Fragen). Die Sprache in den Werbespots ist natürlich Englisch, aber Sie können die automatische Übersetzung der Untertitel lesen, und ich habe dem Video Kommentare / Erklärungen vorangestellt.
Folge Eins Stricknadeln experimentieren
Auf der ISS können Sie eine kleine Menge persönlicher Gegenstände mitnehmen, und Stricknadeln sind höchstwahrscheinlich zum ersten Mal ins All gegangen. Aber nicht zum Stricken, sondern für Experimente mit Elektrostatik. Wenn Sie die Speiche reiben, wird sie elektrisch aufgeladen. Und ein Wassertropfen mit einer entgegengesetzten Ladung wird von ihm angezogen und fliegt im Kreis. Die Schwerkraft gehorcht dem Gesetz der inversen Quadrate, und der Tropfen bewegt sich wie ein kleiner Satellit (auch die Gravitationskräfte gehorchen diesem Gesetz). Mit einer Ausnahme kann die Schwerkraftquelle in der Natur als materieller Punkt dargestellt werden (Sterne, Planeten und andere schwere Objekte haben eine Kugelform), aber hier stellte sich heraus, dass das Kraftfeld zylindrisch ist und sich der Tropfen nicht in der Umlaufbahnebene, sondern in einem dreidimensionalen Bereich bewegt. Die Bewegung des Tröpfchens kann auch mit dem Verhalten geladener Teilchen des Sonnenwinds verglichen werden, die in das Erdmagnetfeld eintreten.
Frage: Am Ende des Videos, Dr. Pettit platziert eine Nylonnadel in der Nähe der Spritze, die Wasser in die Nähe der Teflonnadel injiziert. Warum braucht Don eine Nylonspeiche und warum sollte die zweite Speiche Teflon sein?
Die AntwortTeflon nimmt Elektronen von den Materialien auf, mit denen es gerieben wird, und erhält eine negative Ladung. Im Gegensatz dazu gibt Nylon beim Reiben Elektronen ab und erhält eine positive Ladung. Wassertropfen, die in der Nähe einer Nylonnadel fliegen, erhalten eine kleine positive Ladung von ihr. Unterschiedliche Ladungen werden angezogen und Wassertropfen neigen dazu, zu einer negativ geladenen Speiche zu tendieren.
Folge Zwei. Bistronauten
Dies wird im Video nicht erwähnt, aber derselbe Don Pettit hat den Trinkbecher 2008 in seinem vorherigen Flug in Schwerelosigkeit erfunden. Normalerweise trinken Astronauten und Astronauten aus Plastiktüten mit Tubuli. Sie können Getränke in Pulverform züchten, Tee oder Kaffee brauen. Wenn wir jedoch eine spezielle Tasse mit einem Winkel auf einer Seite herstellen, führt der Kapillareffekt dazu, dass die Flüssigkeit an dieser Stelle aufsteigt. Und aus der Tasse können Sie die Flüssigkeit schlürfen. In dem Video stoßen Astronauten und Astronauten zum ersten Mal in der Schwerelosigkeit an. Das Design von Pettit ist recht einfach, dann entwickelten sie schöne
lockige Tassen , aber sie verwenden den gleichen Effekt. Der gleiche Kapillareffekt wird in der "ernsthaften" Raketenwissenschaft verwendet - ähnliche Winkel halten flüssigen Kraftstoff in der Nähe des Tankhalses, so dass beim Start keine Ladegasblase in die Motoren gelangt. Später, wenn der Motor an Fahrt gewinnt, ist der flüssige Kraftstoff unter seinem eigenen Gewicht niedriger.
Frage: Warum können Sie keine normale Tasse in Schwerelosigkeit verwenden?
Die AntwortAufgrund der Benetzungskräfte neigt Wasser dazu, sich über die Wände auszubreiten. Und eine kleine Störung wie ein Schlürfen kann Wasser von der Oberfläche reißen. Wenn Oberflächenspannungskräfte Wasser nicht halten können, wird es überall verstreut. Im Raumkreis verbleibt die Flüssigkeit an den Wänden, und die Kapillarkräfte lassen beim Trinken kein Wasser von ihnen abbrechen.
Folge 3. Physik dünner Filme
Auf der Erde kann man einen Wasserfilm nur bekommen, wenn man seine Oberflächenspannung ernsthaft verringert. Dieses Experiment wird oft unabsichtlich von Kindern durchgeführt, die mit Seifenblasen spielen. Wenn es Schwerkraft gibt, kann man keinen Film aus destilliertem Wasser bekommen, aber in der Schwerelosigkeit treten erstaunliche Effekte auf - Wassertropfen, die aus einer Spritze geworfen werden, können in den Film eindringen, von ihm reflektieren oder sogar direkt durch ihn fliegen. Und wenn wir einen Lötkolben nehmen und einen Temperaturgradienten
erzeugen ,
erscheint der Marangoni-Effekt im Film - die Bewegung der Substanz aufgrund der unterschiedlichen Oberflächenspannung. In diesem Fall können Sie sich in die entgegengesetzte Richtung bewegen. Wenn der Wasserfilm konvex ist, dh in der Mitte dicker, ist die Konvektion seitwärts, und wenn der Film konkav ist, dh in der Mitte dünner als an den Rändern, wird die Konvektion zur Mitte gerichtet.
Frage: Warum bestimmt die Form des Wasserfilms die Richtung des Marangoni-Effekts?
Die AntwortDurch Erhitzen wird die Oberflächenspannung verringert und Wasser beginnt sich von der Wärmequelle zu entfernen. Aber in welche Richtung wird sie gehen? Wasser erwärmt sich schneller, wenn seine Schicht dünner ist, sodass es tendenziell dünner verläuft. Bei einem konvexen Film sind dies die Kanten, bei einem konkaven Film die Mitte.
Folge 4. Wirbel und Linsen
Fortsetzung der Experimente mit dünnen Filmen. Die Viskositätskräfte sind in ihnen relativ schwach. Wenn Sie also einen solchen Film drehen, nachdem Sie ihn zuvor getönt haben, ist zu sehen, dass er sich minutenlang drehen kann. Ein Farbstofftropfen, der auf den Film gefallen ist, bildet eine pilzförmige Figur, die tatsächlich ein Längsschnitt des Wirbelrings ist. Der gleiche Effekt kann erzielt werden, wenn Sie durch die Röhre auf den Film blasen. Und schließlich funktioniert der Wasserfilm wie eine Linse - konvex sammelt sich (positiv) und konkav streut (negativ). Flachfilm wird weder vergrößert noch verkleinert.
Frage: Wie wirkt sich die Viskosität auf einen Wirbel aus?
Die AntwortJe höher die Viskosität ist, desto kleiner ist der Wirbel, denn je höher die Viskosität ist, desto größer ist die Anziehungskraft der Moleküle, daher sind beispielsweise die Wirbel in Honig geringer als in Wasser.
Folge 5. Unterhaltung mit Bubbles
Aufgrund der Oberflächenspannungskräfte in der Schwerelosigkeit ist es möglich, aus Luft in einer Blase aus Wasser eine Blase zu machen, und mit einem gewissen Erfolg für eine Weile - eine Blase aus Luft in einer Blase aus Wasser, die in einer Luftblase innerhalb einer Wasserblase fliegt. Und das alles dreht sich auch.
Frage: Warum werden, wenn sich die größte Blase dreht, die darin befindlichen Blasen in der Mitte ausgerichtet?
Die AntwortOhne Schwerkraft kann nur die Zentrifugalkraft auf die Blasen wirken. Wasser ist dichter als Luft, daher wird es an die Peripherie ausgestoßen (aber das Wasser hat eine stärkere Bindung zwischen den Molekülen, so dass es nicht streut), und die Luft sammelt sich in der Mitte, da der Rest des Raums von Wasser besetzt ist.
Folge 6. Infrarot-Erde
Die Station verfügt über eine Kamera, die im nahen Infrarotbereich schießt. Das Vorhandensein einer ähnlichen Kamera, die im sichtbaren Bereich schießt, ermöglicht es Ihnen, abwechselnd dasselbe Gelände in verschiedenen Bereichen zu betrachten. Der IR-Bereich macht die Vegetation sehr auffällig, was es ermöglicht, nicht nur schöne Fotos zu machen, sondern auch die in Wissenschaft und Wirtschaft gewonnenen Daten zu verwenden.
Frage: Warum sind IR-Pflanzen rot und Städte grau?
Die AntwortPflanzen reflektieren Infrarotlicht. Fotos wurden auf der Tagesseite aufgenommen, sodass Pflanzen IR reflektieren und Betonstädte absorbieren. Auf der Nachtseite wird es umgekehrt sein, weil Städte akkumulierte Wärme abgeben.
Folge 7. Schallwellen im Weltraum
In diesem Video fand Don die alten Lautsprecher, tropfte Wasser auf sie, begann saubere Töne im Bereich von 20-40 Hertz anzuwenden und beobachtete, was passierte. Es ist sehr schön geworden, und auf der Erde wird die Schwerkraft dies nicht zulassen.
Frage: Warum werden niedrige Frequenzen verwendet?
Die AntwortWir glauben, dass dies daran liegt, dass sich bei niedrigen Frequenzen stehende Wellen bilden können. Eine stehende Welle wird gebildet, wenn sich zwei Wellen, die sich in die entgegengesetzte Richtung bewegen, schneiden, wodurch eine Interferenz erzeugt wird, die die Amplitude verstärkt und verringert. Dies ist bei niedrigen Frequenzen wahrscheinlicher.