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Segunda-feira, Agosto 15, 2022

Pesquisadores vinculam pesquisa de gravidade de ponta à operação mais segura de guindastes de construção – ScienceDaily

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No início, tudo o que Stephan Schlamminger queria fazer era escrever uma equação que o ajudasse a obter um valor mais preciso para G, a constante gravitacional que determina a força da atração entre objetos massivos. Para avaliar essa atração, Schlamminger, físico do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e seus colegas, estudaram o movimento do chamado pêndulo de torção – neste caso, um conjunto de massas suspensas por um fio fino que periodicamente torce e destorce em vez de balançar periodicamente para frente e para trás.

A equação que Schlamminger derivou fornece orientação sobre como minimizar ou diminuir rapidamente a quantidade de torção do fio para frente e para trás. Se a quantidade for pequena, fica mais fácil localizar e medir a posição do fio, o que se traduz em uma medida mais precisa de G. Schlamminger estava ansioso para publicar imediatamente o resultado. Mas então ele começou a pensar: a descoberta interessaria apenas a um pequeno número de pessoas, aquelas que medem G usando o método do pêndulo de torção.

A equação poderia ser aplicada a outros dispositivos?

Acontece que ele não precisou ir muito longe para encontrar uma conexão.

Em um artigo publicado online em 17 de fevereiro no Revista Americana de Física, ele e seus colegas descrevem uma ligação surpreendente entre sua equação para G e as manobras necessárias para operadores de guindastes em um canteiro de obras para transportar cargas pesadas com segurança e rapidez.

Schlamminger, é claro, não estava pensando inicialmente em guindastes de construção. Mas ele se lembrou de uma conversa que teve quando era pós-doc, cerca de 15 anos atrás, enquanto trabalhava em um projeto semelhante para medir G na Universidade de Washington em Seattle. O consultor de Schlamminger perguntou se ele conhecia os truques do operador do guindaste.

Operar um guindaste não é para os fracos de coração. Balançar um pedaço de aço de mil libras muito rápido ou muito longe e alguém pode ser morto. Mas em apenas duas manobras cuidadosamente coreografadas, um operador de guindaste habilidoso pode pegar uma carga pesada e trazê-la a um ponto morto, sem qualquer oscilação perigosa, exatamente para o destino certo. Além disso, o cabo de um guindaste e a carga podem ser modelados como um pêndulo vertical que se move para frente e para trás de maneira semelhante à maneira como um pêndulo de torção gira e destorce. O tempo que o pêndulo leva para completar um ciclo desse movimento é chamado de período.

Aplicando a equação que derivou para o pêndulo de torção, Schlamminger descobriu que poderia prever a força e o tempo das mudanças na velocidade que os operadores de guindastes precisam aplicar ao carrinho – o mecanismo de rodas que move cargas horizontalmente ao longo de um trilho.

Se um operador de guindaste transporta uma carga que está em repouso e a move uma distância relativamente curta, a equação sugere esta prescrição para parar a carga no ponto certo: o operador deve inicialmente aplicar uma velocidade oposta ao movimento do carrinho do guindaste e depois aplicar exatamente a mesma velocidade na direção oposta exatamente um período de pêndulo depois.

Se o operador tiver que pegar uma carga inicialmente em repouso e movê-la por uma distância relativamente grande – dezenas de metros – a equação fornece orientações diferentes para levar em conta o maior movimento de oscilação do guindaste neste cenário: O operador deve inicialmente aplicar uma força que acelera o carrinho do guindaste do repouso até uma certa velocidade e, em seguida, aplica uma segunda mudança na velocidade do carrinho, dobrando essa velocidade, meio período depois.

As coisas ficam mais complicadas se a carga tiver algum movimento de oscilação inicial próprio, independente do guindaste. Nesses casos, os dois momentos em que o operador aplica uma força para controlar a carga não são mais exatamente meio período ou um período separados, mas a equação ainda fornece os momentos apropriados para a ação.

“Acredito que operadores bem treinados podem realizar essas manobras” para transportar cargas de construção com mais segurança, disse o engenheiro do NIST Nicholas Dagalakis, que desenvolveu os modelos matemáticos e otimizou o projeto do RoboCrane do NIST. Dagalakis não foi coautor do novo estudo.

Embora os operadores de guindastes veteranos saibam instintivamente sobre as estratégias que os pesquisadores do NIST desenvolveram, e o controle computadorizado do carrinho incorpore esses movimentos, esta parece ser a primeira vez que as manobras do guindaste foram descritas por um formalismo matemático, disse Schlamminger.

“Este é realmente um aplicativo rico que vale a pena compartilhar com o mundo”, acrescentou.

Satisfeito que o trabalho alcançaria um público mais amplo, ele e seus colaboradores, incluindo Newell, Leon Chao e Vincent Lee do NIST, juntamente com Clive Speake da Universidade de Birmingham na Inglaterra, estavam finalmente prontos para publicar.



Fonte original deste artigo

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