高精度温度传感器(虽然这里没有提供高精度的,但或许可以利用现有元件进行‘魔改’),实时监测K值的微小变化,并将其作为变量代入引力常数的计算模型中?”
这个念头一出,连秦风自己都觉得有些疯狂。这已经不是高中物理实验的范畴了,这简直是顶尖物理实验室才会考虑的复杂修正方案!
“标准质量块若干,1=5kg,2=1kg,材质普通铸铁,密度均匀性一般。”秦风又看向那两个黑乎乎的铁疙瘩。
“普通铸铁,密度均匀性一般……”秦风的眉头微微一挑,“这意味着,这两个质量块的质心,很可能偏离其几何中心。在扭摆实验中,这种质心偏离会引入额外的系统误差,尤其是在小球吸引大球的过程中,力臂的精确计算会变得非常困难。”
其他考生:“用尺子量一下,大概齐就行了吧?”
秦风:“不行!对于G值的精密测量,这种‘大概齐’就是灾难。或许……可以通过多次旋转对称测量法来消除一部分由于质心不重合引入的一阶误差?甚至,如果能精确测量出每个质量块的转动惯量,反推出其质心的精确位置……”
这个想法,又让秦风自己都倒吸一口凉气。在三个小时内,用现有器材精确测量不规则铸铁块的转动惯量和质心?这难度,堪比登天!
困局二:光学与电学测量系统的“先天不足”。
“氦氖激光器(功率稳定性欠佳)、平面反射镜(镀膜均匀性一般)、透镜组、光阑、半透半反镜等。”
“激光干涉模块(简化版,基于迈克尔逊干涉仪原理,条纹稳定性易受环境影响)。”
“d图像传感器及简易数据采集卡(帧率较低,噪声较大)。”
“直流稳压电源(输出纹波较大)。”
秦风看着这一堆“老弱病残”的光学和电学元件,感觉出题组的教授们简直是在用生命来为难考生。
“激光器功率不稳,会导致光斑能量波动,进而影响光杠杆法测微小转角的精度,或者干涉条纹的对比度和稳定性。”
“反射镜镀膜不均,会引入波前畸变。”
“简化版迈克尔逊干涉仪,条纹对环境震动、气流、温度变化都极为敏感,用它来精确测量微小位移,简直是‘与虎谋皮’。”
“d帧率低、噪声大,意味着动态捕捉能力差,信噪比低,难以从淹没在噪声中的微弱信号里提取有效信息。”
“电源纹波大,会直接影响激光器的稳定性和d的工作状态,引入额外的电噪声。”
这一连串的问题,随便拎出来一个,都足以让一个精密物理实验宣告失败。而现在,它们却“齐聚一堂”,共同为考生们演奏了一曲“绝望的交响乐”。
“小法拉第”周凯此刻已经开始用头撞实验台了,嘴里还发出“嗡嗡嗡”的声音,似乎在模仿电流声,以此表达自己内心的崩溃。
秦风却在飞速地思考着对策。
“激光器功率不稳?或许可以设计一个简单的分光反馈回路,用一个光敏电阻(如果器材里有,或者能从其他地方拆一个)实时监测激光输出功率,并对d采集到的光强数据进行归一化处理?”
“干涉条纹不稳定?传统的被动隔震肯定没戏。但如果……如果能利用d快速采集干涉条纹图像,通过图像处理算法实时追踪条纹的漂移,并对测量结果进行动态补偿呢?甚至……能不能用一个压电陶瓷(虽然这里没有,但或许可以用其他方式实现微小驱动)对参考臂的反射镜进行微调,形成一个简陋的‘条纹锁定’系统?”
这个“条纹锁定”的想法一冒出来,秦风自己都吓了一跳。这可是后世精密干涉测量领域的核心技术之一啊!用眼前这些“破烂”玩意儿去实现?简直是天方夜谭!
但不知为何,他的心中