能否设计这样的太空实验？（2）          

鲍海飞 2013-7-1

太空中的物理、生物实验充满了趣味，毕竟是在失重的情况下，似乎脱离了地球的作用，因此，出现了‘反常’的现象。上次博文受到大家的关注，尤其对实验三《水晶琥珀鱼》最感兴趣，即在一个大水滴里面，放一条小鱼，观察它的游动情况。很多博友留言，给了我不少启发。有的人想观察植物的生长，看是否植物依然具有向光性等。一些建议和实验都很好，只是实验的时间要很长，不太适合课堂上短时间内进行演示，如果有快速生长的植物等倒是可以进行实验的。我又想了几个太空中可以演示的试验，在这里再和大家一起分享一下。

实验一：液滴的浸润和不浸润实验。在地球上，几乎每个人都熟知的实验现象，应该适合在太空演示。利用一个大水滴和一个相对亲水性玻璃接触，观察接触角的变化；或者用油滴与一个非亲水性的表面接触等。由此可以验证在没有重力作用的情况下，附着力即粘附力和液滴内聚力的关系。

实验预期：固体物理中的Lenard-Jones势所描述的分子之间相互作用力的关系中，在一定相互作用距离内，分子间呈现引力，如果距离再靠近，就呈现排斥力了。液体和接触材料之间存在的相互吸引力如果大于液体内分子间的吸引力，则会呈现亲水性，那么接触角就会越小。估计不应该和地球上的有太大差别。这个实验或许就淘汰了！

实验二：水的毛细现象观察。利用水滴和一个毛细管观察毛细现象，在地球上，在亲水性的毛细管中，水会向上爬行呈现凹面弯月的形状；反之，若是憎水性的则呈现凸面的弯月形状。毛细现象在地面上与重力加速度有一定的关系，液滴爬行高度公式为：H=±2acosθ/ρgr, a是液体表面张力，θ是接触角，ρ是水的密度，g是地球重力加速度，r是毛细管半径。由该公式知：如果液体表面张力a越大，接触角θ越小，地球重力加速度g越小，毛细管半径r越小，则液体爬行高度就越大。

实验预期：在太空实验环境下，不是没有重力，只是g要小一些。如果重力加速度g若是单纯地小，那么水的爬行高度就相应变大或缩小一点，也就不足为奇了。但是，在太空舱中是否会出现其它情况。在太空舱中，由于‘g’相对不存在了，那么水是否一直会爬满整个管壁甚至管外，形成“超流”！？

实验三：球中球的扩散实验。利用在太空中水的自身凝聚力和表面张力制作一个大水滴，然后用医用注射器向水滴中间（中心位置）注射一滴带颜色的油滴，或不同材料的亲水性的液体染料等，观察扩散行为。进一步，如果把‘球中球’放到玻璃杯里旋转，是否会有变化？

实验预期：如果是不相容的两种液体，会保持自身状态不变；如果是相容亲水的，受到飞船的微扰，应该有少许缓慢扩散。在玻璃杯中旋转应该有一些变化，但因为牵涉到离心力的大小，以及两种液滴球的密度差异，是否亲水，以及两种液滴表面张力的不同，可能要有不同结果。如果能够做一下模拟可能较为有趣。在一定的离心力范围内，如果是非亲水的两个‘球中球’可能保持不变；而亲水的可能会有扩散。

实验四，温度场作用下的扩散实验。按照实验一，在水滴一侧注入一个带颜色的不同材料的液滴，或者就注入到大水滴中间。然后在大水滴外的一个适当位置加热，如用一支蜡烛加热其一端，观察‘球中球’其扩散路径和行为，是走中间的直线，还是沿着弧线行走，还是其它规律。最重要的是，大液滴内部的小液滴是整体的移动还是分散扩散？

实验预期：因为有温度梯度场在其中起作用，还有分子间的相互作用，不同液滴球的内聚力和相互作用力分别起作用。或许最小路径作用原理还会起作用。如果是憎水性的一个小液滴，那么极有可能发生整体移动！那么，若是两种不同材料的亲水性液滴呢！？

不知道这样的实验是否有意义？

另外，有网友proedus非常感兴趣有关扩散和蒸发等问题。我是这样想，所有的实验都是要在一个很固定、很有局域性的空间内完成。如果要观察蒸发（升华），也一定要用相应的容器和装置进行固定，比如说：完全密闭或者半封闭的瓶子，然后再用磁力搅拌子、加热等进行实验。不知道是否回答了您的问题？

最后，又想起地球上两个有趣的实验，一个是不倒翁，在太空舱中拨动一下不倒翁的头，不倒翁会怎样运动？再一个，在太空舱中转动一个万花筒，透过一侧玻璃观察窗，万花筒里面会有什么变化？