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)。”
“CCD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’。”
“CCD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CCD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CCD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CCD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,他的心中却隐隐升起一丝兴奋。越是不可能,挑战起来才越有意思!
困局三:实验环境的“极度恶劣”。
“特别注意:实验室内无精密恒温恒湿控制,无电磁屏蔽,无主动隔震平台。”
这最后一句“特别注意”,简直就是压垮骆驼的最后一根稻草,不,是最后一座大山!
无恒温恒湿,意味着空气密度、仪器参数(尤其是那根高碳钢扭丝的K值)都会随温度和湿度变化而剧烈波动。
无电磁屏蔽,意味着周围环境中各种手机信号、电台广播、甚至日光灯的电磁辐射,都可能对敏感的电子测量设备(如CCD、数据采集卡)产生干扰。
无主动隔震平台,意味着楼上有人跺一脚,隔壁实验室关一下门,甚至窗外刮过一阵风,都可能让那脆弱的扭摆系统“翩翩起舞”,测出来的G值能从地球引力跳到月球引力。
“这……这还怎么玩?”王昊看着这条说明,感觉自己的血压都快飙到二百五了,“这根本就是让我们在一艘正在经历十级风浪的小舢板上,用一根缝衣针去绣《清明上河图》啊!”
他偷偷看了一眼秦风,发现对方居然……在笑?
是的,秦风的嘴角,确实带着一丝若有若无的笑意。
“有意思,太有意思了。”秦风心中暗道,“出题的这帮老教授,是铁了心要逼我们这些小家伙在绝境中爆发潜能啊。”
面对如此恶劣的环境,常规的实验方法和思路,已经彻底失去了意义。
必须另辟蹊径!
秦风的目光,如同最精密的雷达,开始在实验台上那些看似不起眼的辅助材料中逡巡。
几块泡沫塑料……几张硬纸板……一卷透明胶带……甚至还有一包……干燥剂?(可能是上一个实验剩下的)
其他考生看到这些东西,可能只会觉得它们是“垃圾”。
但在秦风眼中,它们却可能成为“变废为宝”的关键!
“没有隔震平台,但或许可以用这些泡沫塑料和硬纸板,搭建一个简易的多层被动隔震结构?虽然效果有限,但聊胜于无。”
“没有电磁屏蔽,但如果用金属箔(器材清单里好像没有,但或许可以找找替代品,比如……拆开某个废弃仪器的外壳?)将核心测量部分包裹起来,能不能起到一定的屏蔽效果?”
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