一開始,斯蒂芬·施拉明格想做的只是寫下一個方程,幫助他獲得 G 的更精確值,G 是決定大質(zhì)量物體之間吸引力強度的引力常數(shù)。為了衡量這種吸引力,美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 (NIST) 的物理學(xué)家施拉明格和他的同事研究了所謂的扭轉(zhuǎn)擺的運動——在這種情況下,一組質(zhì)量由一根細線懸掛,周期性地曲折和解開,而不是周期性地來回擺動。
Schlamminger 推導(dǎo)出的方程式為如何最小化或快速抑制導(dǎo)線來回扭曲的量提供了指導(dǎo)。如果數(shù)量較少,則更容易定位和測量導(dǎo)線的位置,從而可以更準(zhǔn)確地測量 G. Schlamminger 急于立即公布結(jié)果。但隨后他開始思考:這一發(fā)現(xiàn)只會讓少數(shù)人感興趣,即那些使用扭擺法測量 G 的人。
該等式可以應(yīng)用于其他設(shè)備嗎?
事實證明,他不必跑很遠就能找到聯(lián)系。
在 2 月 17 日《美國物理學(xué)雜志》在線發(fā)表的一篇文章中,他和他的同事描述了他們的 G 方程與建筑工地起重機操作員安全快速運輸重物所需的操作之間的驚人聯(lián)系。
當(dāng)然,Schlamminger 最初并沒有考慮建筑起重機。但他記得大約 15 年前他還是一名博士后時的一次談話,當(dāng)時他正在西雅圖華盛頓大學(xué)從事一個類似的測量 G 的項目。施拉明格的顧問問他是否知道起重機操作員的詭計。
操作起重機不適合膽小的人。將一千磅重的鋼塊擺動得太快或太遠,都會有人被殺死。但只需兩次精心編排的操作,熟練的起重機操作員就可以拿起重物并將其完全停止,而不會發(fā)生任何危險的擺動,準(zhǔn)確地到達正確的目的地。此外,起重機的電纜和負載可以建模為垂直擺,它以類似于扭轉(zhuǎn)擺扭轉(zhuǎn)和解開的方式來回移動。鐘擺完成這一運動一個周期所用的時間稱為周期。
應(yīng)用他為扭轉(zhuǎn)擺推導(dǎo)出的方程式,Schlamminger 發(fā)現(xiàn)他可以預(yù)測起重機操作員需要應(yīng)用到小車上的速度變化的強度和時間,小車是一種沿軌道水平移動負載的輪式機構(gòu)。
如果起重機操作員運輸靜止的負載并將其移動相對較短的距離,則方程式建議將負載停在正確的位置:操作員應(yīng)首先施加與起重機小車運動相反的速度,然后準(zhǔn)確施加正好在一個鐘擺周期之后,在相反方向上的相同速度。
如果操作員最初必須在靜止時拾取負載并將其移動相對較大的距離(數(shù)十米),則該等式提供了不同的指導(dǎo)來解釋起重機在這種情況下的較大擺動運動:操作員最初應(yīng)施加一個力將起重機小車從靜止加速到一定速度,然后在半個周期后應(yīng)用小車速度的第二次變化,使該速度加倍。
如果負載有自己的一些初始擺動運動,獨立于起重機,事情會變得更加復(fù)雜。在這種情況下,操作員施加力以控制負載的兩次時間不再恰好相隔半個周期或一個周期,但該等式仍然提供了適當(dāng)?shù)膭幼鲿r間。
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