 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( декабрь 2009 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Гравиметрия - это измерение силы гравитационного поля . Гравиметрию можно использовать, когда интересуют либо величина гравитационного поля, либо свойства материи, ответственные за его создание.
Единицы измерения [ править ]
Сила тяжести обычно измеряется в единицах ускорения . В системе единиц СИ стандартной единицей ускорения является 1 метр в секунду в квадрате (сокращенно м / с 2 ). Другие единицы включают галлон (иногда известный как галилей , в любом случае с символом гал), который равен 1 сантиметру в секунду в квадрате, и g ( g n ), равный 9,80665 м / с 2 . Значение g n приблизительно равно ускорению свободного падения на поверхности Земли (хотя значение g зависит от местоположения).
Измерение силы тяжести [ править ]
Инструмент, используемый для измерения силы тяжести, известен как гравиметр . Для небольшого тела общая теория относительности предсказывает гравитационные эффекты, неотличимые от эффектов ускорения по принципу эквивалентности . Таким образом, гравиметры можно рассматривать как акселерометры специального назначения . Многие весы можно рассматривать как простые гравиметры. В одной из распространенных форм используется пружина, чтобы противодействовать силе тяжести, притягивающей объект. Изменение длины пружины может быть откалибровано по силе, необходимой для уравновешивания гравитационного притяжения. Результирующее измерение может быть выполнено в единицах силы (например, ньютон), но чаще измеряется в галлах .
Когда необходимы точные измерения, исследователи используют более сложные гравиметры. При измерении гравитационного поля Земли измерения проводятся с точностью до микрогалов, чтобы найти изменения плотности в горных породах, составляющих Землю. Для выполнения этих измерений существует несколько типов гравиметров, в том числе некоторые из них, которые являются существенно усовершенствованными версиями описанной выше пружинной шкалы. Эти измерения используются для определения аномалий силы тяжести .
Помимо точности , важным свойством гравиметра также является стабильность , поскольку она позволяет отслеживать изменения силы тяжести . Эти изменения могут быть результатом смещения масс внутри Земли или вертикальных движений земной коры, на которой производятся измерения: помните, что сила тяжести уменьшается на 0,3 мГал на каждый метр высоты . Изучение гравитационных изменений относится к геодинамике .
В большинстве современных гравиметров используются специально разработанные металлические или кварцевые пружины нулевой длины для поддержки испытательной массы. Пружины нулевой длины не подчиняются закону Гука , вместо этого они имеют силу, пропорциональную их длине. Особое свойство этих источников является то , что естественный резонансный период от колебаний системы пружина-масса может быть очень долго - приближается тысячу секунд. Это расстраивает испытательную массу от большинства местных вибраций и механических шумов., увеличивая чувствительность и полезность гравиметра. Кварцевые и металлические пружины выбирают по разным причинам; кварцевые пружины меньше подвержены влиянию магнитных и электрических полей, в то время как металлические пружины имеют гораздо меньший дрейф (удлинение) со временем. Испытательная масса запечатана в герметичном контейнере, так что крошечные изменения барометрического давления из-за ветра и других погодных условий не изменяют плавучесть испытательной массы в воздухе.
Пружинные гравиметры на практике являются относительными приборами, которые измеряют разницу в силе силы тяжести в разных местах. Относительный прибор также требует калибровки путем сравнения показаний прибора, снятых в местах с известными полными или абсолютными значениями силы тяжести. Абсолютные гравиметры обеспечивают такие измерения, определяя ускорение свободного падения испытательной массы в вакууме. Пробная масса может свободно падать внутри вакуумной камеры, и ее положение измеряется лазерным интерферометром и синхронизируется с атомными часами. Известная длина волны лазера составляет ± 0,025 частей на миллиард.и часы также стабильны на уровне ± 0,03 частей на миллиард. Следует проявлять особую осторожность, чтобы минимизировать влияние возмущающих сил, таких как остаточное сопротивление воздуха (даже в вакууме), вибрация и магнитные силы. Такие инструменты обладают точностью около двух частей на миллиард или 0,002 мГал [1] и соотносят свои измерения с атомными стандартами длины и времени . В основном они используются для калибровки соответствующих инструментов, мониторинга деформации земной коры и в геофизических исследованиях, требующих высокой точности и стабильности. Однако абсолютные инструменты несколько больше и значительно дороже, чем относительные пружинные гравиметры, и поэтому относительно редки.
Гравиметры были разработаны для установки в транспортных средствах, включая самолеты (обратите внимание на область аэрогравитации [2] ), корабли и подводные лодки. Эти специальные гравиметры изолируют ускорение от движения транспортного средства и вычитают его из измерений. Ускорение транспортных средств часто в сотни или тысячи раз превышает измеряемые изменения.
Гравиметр ( Lunar Surface Gravimeter ), развернутый на поверхности Луны во время миссии Apollo 17 , не работал из-за ошибки конструкции. Второе устройство ( эксперимент с гравиметром траверса) работало, как и ожидалось.
Микрогравиметрия [ править ]
Микрогравиметрия - это развивающаяся и важная отрасль, развивающаяся на основе классической гравиметрии. Микрогравитационные исследования проводятся для решения различных задач инженерной геологии, в основном, для определения пустот и их мониторинга. Очень подробные измерения с высокой точностью могут указывать на пустоты любого происхождения, при условии, что размер и глубина достаточно велики, чтобы вызвать гравитационный эффект сильнее, чем уровень достоверности соответствующего гравитационного сигнала.
История [ править ]
Современный гравиметр был разработан Люсьеном Лакостом и Арнольдом Ромбергом в 1936 году.
Они также изобрели большинство последующих усовершенствований, включая установленный на корабле гравиметр в 1965 году, термостойкие инструменты для глубоких скважин и легкие переносные инструменты. Большинство их проектов по-прежнему используются с уточнениями в сборе и обработке данных.
См. Также [ править ]
- Физическая геодезия
- Гравитация Земли
- Космический аппарат Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) запущен в марте 2002 г.
- Исследователь гравитационного поля и устойчивой циркуляции океана (GOCE), космический аппарат запущен в марте 2009 г.
Ссылки [ править ]
- ^ "Абсолютные гравиметры Micro-g LaCoste" . Micro-г ЛаКоста, Inc. 2012 . Проверено 27 июля 2012 года .
- ^ Якоби, Вольфганг; Смилде, Питер Л. (2009). Интерпретация силы тяжести: основы и применение инверсии силы тяжести и геологической интерпретации . Земля и наука об окружающей среде. Springer Science & Business Media . п. 124. ISBN 9783540853299. Проверено 16 сентября 2014 .
Аэрогравитация - это интегрированная система гравиметрических измерений и навигации в реальном времени. При определенных обстоятельствах, например в горных регионах, аэрогравитация успешно конкурирует с наземной гравиметрией; последний страдает от неопределенностей, связанных с эффектами местности в ближней зоне. С другой стороны, бортовые гравиметры менее чувствительны к движению платформы и теперь достигают высокой точности [...].
