妙用“惯性力”揭秘“浮力消失”现象

中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148（2025）6-0072-3

举世瞩目的“天宫课堂”，由中国航天员担任“太空教师”，采取天地协同互动方式，借助科学小实验，把科学的种子撒向地球。神奇的“浮力消失\"现象，更是激发了全球青少年探究自然科学奥秘的浓厚兴趣。引入“惯性力\"的概念，妙用惯性力分别研究液体在竖直加速、水平加速、倾斜加速等不同非惯性系中，浮力的大小计算和方向判断规律，揭秘“浮力消失”现象，纠正各种对浮力大小和方向的片面理解。

1 竖直加速系统中液体的浮力

2021年12月9日下午，王亚平、叶光富在中国空间站进行了“太空授课”，授课内容包括神奇的“浮力消失\"实验，与地面上的实验现象迥然不同：如图1所示，在地面上，小学生将乒乓球放入水中时，乒乓球会漂浮在水面上，无法被按入水中。如图2所示，在太空舱中，航天员将乒乓球放入水中时，乒乓球可以“安静地\"待在水中，浮力竟然消失了。要揭开这个现象的秘密，需要搞清楚空间站的运动和乒乓球所受浮力之间的逻辑关系。

构建模型为解释“浮力消失”现象，需先了解惯性系和非惯性系。惯性系是指相对地面静止或者做匀速直线运动的参考系，非惯性系是指相对于惯性系做加速运动的参考系。牛顿运动定律只适用于惯性系，不适用于非惯性系。人们在地面上观察，发现乒乓球会漂浮在水面上，无法被按入水中，是在惯性系（地面）观察到的结果，符合我们的日常认知；在太空舱中，乒乓球可以“安静地\"待在水中，是在非惯性系（太空舱）中观察到的结果；……