一開始,斯蒂芬·施拉明格想做的只是寫下一個(gè)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(qiáng)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(yùn)動(dòng)——在這種情況下,一組質(zhì)量由一根細(xì)線懸掛,周期性地曲折和解開,而不是周期性地來回?cái)[動(dòng)。
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(huì)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(shí)證明,他不必跑很遠(yuǎn)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(jī)操作員安全快速運(yùn)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(jī)。但他記得大約 15 年前他還是一名博士后時(shí)的一次談話,當(dāng)時(shí)他正在西雅圖華盛頓大學(xué)從事一個(gè)類似的測量 G 的項(xiàng)目。施拉明格的顧問問他是否知道起重機(jī)操作員的詭計(jì)。
操作起重機(jī)不適合膽小的人。將一千磅重的鋼塊擺動(dòng)得太快或太遠(yuǎn),都會(huì)有人被殺死。但只需兩次精心編排的操作,熟練的起重機(jī)操作員就可以拿起重物并將其完全停止,而不會(huì)發(fā)生任何危險(xiǎn)的擺動(dòng),準(zhǔn)確地到達(dá)正確的目的地。此外,起重機(jī)的電纜和負(fù)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(dòng)。鐘擺完成這一運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期所用的時(shí)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(jī)操作員需要應(yīng)用到小車上的速度變化的強(qiáng)度和時(shí)間,小車是一種沿軌道水平移動(dòng)負(fù)載的輪式機(jī)構(gòu)。
如果起重機(jī)操作員運(yùn)輸靜止的負(fù)載并將其移動(dòng)相對(duì)較短的距離,則方程式建議將負(fù)載停在正確的位置:操作員應(yīng)首先施加與起重機(jī)小車運(yùn)動(dòng)相反的速度,然后準(zhǔn)確施加正好在一個(gè)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(shí)拾取負(fù)載并將其移動(dòng)相對(duì)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(jī)在這種情況下的較大擺動(dòng)運(yùn)動(dòng):操作員最初應(yīng)施加一個(gè)力將起重機(jī)小車從靜止加速到一定速度,然后在半個(gè)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(fù)載有自己的一些初始擺動(dòng)運(yùn)動(dòng),獨(dú)立于起重機(jī),事情會(huì)變得更加復(fù)雜。在這種情況下,操作員施加力以控制負(fù)載的兩次時(shí)間不再恰好相隔半個(gè)周期或一個(gè)周期,但該等式仍然提供了適當(dāng)?shù)膭?dòng)作時(shí)間。
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