6月20日，我國首次太空授課成功舉行。神舟十號航天員在天宮一號開展基礎物理實驗，展示失重環境下物體運動特性、液體表面張力特性等物理現象。這是拼版圖片：左上為航天員王亞平的倒像映在水球中；右上為航天員王亞平演示太空陀螺運動。新華社記者李鑫攝左下為航天員聶海勝在懸空打坐；右下為在中國人民大學附屬中學太空授課地面課堂，同學們舉手向航天員王亞平提問。新華社記者王永卓攝

新華網北京６月２０日電（記者白瑞雪、趙薇、任珂）２０日上午舉行的太空授課活動中，我國第一位“太空教師”王亞平通過質量測量、單擺運動、陀螺運動、水膜和水球等５個物理實驗，展示了失重環境下物體運動特性、液體表面張力特性等物理現象，并通過視頻通話與地面課堂師生進行互動交流。

這些美妙的實驗反映了什么樣的物理原理？天地物理特性的差別給航天飛行帶來什么影響，在航天活動中有什么樣的應用？清華大學航天學院副教授王兆魁對這些問題進行了解讀。

實驗一：質量測量——牛頓第二定律

實驗過程：王亞平首先展示兩支完全一樣的彈簧，它們分別固定了兩個不同質量的物體。畫面顯示，兩個彈簧平衡在同一位置，無法測量出物體的質量差別。隨后，鏡頭轉向天宮一號中用于測量質量的“質量測量儀”。聶海勝把自己固定在支架一端，王亞平輕輕拉開支架，一放手，支架在彈簧的作用下回復原位。ＬＥＤ屏顯示出聶海勝的質量：７４公斤。王亞平解釋說，質量測量儀通過彈簧產生力并測出力的加速度，然后根據牛頓第二定律就可以算出質量。

專家解讀：這個實驗生動地說明了牛頓第二定律的基本原理——“物體加速度的大小跟物體受到的作用力成正比，跟物體的質量成反比。”這是一個在一切慣性空間內普遍適用的基本物理定律，不因物體的引力環境、運動速度而改變，因此在太空和地面都是成立的。

在地球表面，由于受到地球引力的作用，物體的質量體現為重量。物體懸掛在彈簧秤上時，彈簧的拉力和物體受到的地球引力達到平衡，因此可以從彈簧秤的讀數中得到物體的重量。而在繞地球高速運動的飛船里，地球引力被飛船的離心力所平衡，飛船內部不再有地球引力的影響，也就沒有了重量的概念，因此彈簧秤就沒有讀數。

天宮一號里的“質量測量儀”直接運用了牛頓第二定律，利用作用力和物體加速度的關系確定物體的質量。這個原理在航天活動中有著廣泛的應用。例如，航天器的燃料消耗一段時間后，總質量會發生變化，可能影響軌道控制的精確度。這時就可以開啟推力器并同時測量航天器的加速度，從而計算出航天器的質量。