太空书写之谜:从铅笔到毛笔,航天员如何在无重力环境中书写

2024-12-07
来源:网络整理

20世纪60年代美国和苏联争夺太空霸权时,由于圆珠笔和钢笔不能在太空使用,所以出现了所谓的“太空笔”噱头。于是一些天才想出了用最便宜的铅笔的主意。

今年过年期间,中国空间站的宇航员用毛笔写满了屏幕。但转念一想,为什么在太空中不能用笔呢?

我想这里应该有两种情况:空间站和外太空。空间站内应有充足的气体,需要适应人体内的压力(地面压力,记为P),约为1个大气压,记为P1。那么P应该大约等于P1。如果空间站内的气压为0,人体的血管、耳膜、眼球、心室等任何受压的地方都会爆裂。外层空间是完全真空,P1=0。宇航员前往外太空时,应该穿着全覆盖的宇航服。在外太空写作需要穿着宇航服吗? ?

在地面上,笔基于负压吸收墨水。通过一定的手段在墨袋内形成负压,墨水在外界压力的作用下直接压入墨袋内。如下图所示。

钢笔在使用时,随着墨水量的不断下降,墨袋顶部的空气体积变大。根据PV=nRT,当温度不变时,压力减小,外界空气从呼吸管进入墨袋顶部,导致n增大。大,P恢复到与外界相同的水平,保持气压平衡,笔可以继续书写。

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在空间站时,环境与地面基本相同。可能是P比P1稍大,所以墨袋内的一些气体可能会被挤出来保持平衡。如果在太空中,外部压力P1为0,墨囊中的空气将全部逸出,部分墨水将被压出。

因为笔有毛细血管,墨水被吸到笔尖。值得注意的是,笔尖上的狭缝也是毛细管。

书写时,笔尖与纸张接触,但中间形成一条小缝,也起到毛细管的作用。墨水被引导出来,然后被纸张吸收。在地面上还是在空间站里,环境是完全一样的。不存在因缺乏重力而缺乏毛细管作用,因为表面力是由于分子间的引力而产生的,与重力无关。

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在外太空,由于没有空气,F2、F3、F5都不存在,墨水无法通过毛细管到达笔尖,自然也就无法书写。此时毛细管上的液面会呈现什么形状?

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