Гравиметрия - Gravimetry
 | Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. (Декабрь 2009 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
Гравиметрия это измерение силы гравитационное поле. Гравиметрию можно использовать, когда интересуют либо величина гравитационного поля, либо свойства материи, ответственные за его создание.
Меры измерения
Сила тяжести обычно измеряется в единицах ускорение. в SI система единиц, стандартная единица ускорения - 1 метр на секунду в квадрате (сокращенно м / с2). Другие единицы включают гал (иногда известный как Галилео, в любом случае с символом Gal), что равно 1 сантиметр на секунду в квадрате, а грамм (граммп), равное 9,80665 м / с2. Ценность граммп примерно равно ускорение свободного падения на поверхности Земли (хотя значение грамм зависит от местоположения).
Измерение силы тяжести
Инструмент, используемый для измерения силы тяжести, известен как гравиметр. Для маленького тела, общая теория относительности предсказывает гравитационные эффекты, неотличимые от эффектов ускорение посредством принцип эквивалентности. Таким образом, гравиметры можно рассматривать как специализированные. акселерометры. Много Весы можно рассматривать как простые гравиметры. В одной распространенной форме весна используется для противодействия силе тяжести, притягивающей объект. Изменение длины пружины может быть откалибровано в соответствии с силой, необходимой для уравновешивания гравитационного притяжения. Результирующее измерение может быть выполнено в единицах силы (например, ньютон ), но чаще делается в единицах девушки.
Когда необходимы точные измерения, исследователи используют более сложные гравиметры. При измерении Гравитационное поле Земли, измерения проводятся с точностью до микрогалов, чтобы найти изменения плотности в горных породах, составляющих Землю. Для проведения 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 гравитационные аномалии.
Помимо точность, стабильность также является важным свойством гравиметра, поскольку позволяет контролировать гравитацию изменения. 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 высота. Изучение гравитационных изменений относится к геодинамика.
В большинстве современных гравиметров используется специально разработанный металл или кварц пружины нулевой длины для поддержки тестовой массы. Пружины нулевой длины не следуют Закон Гука, вместо этого у них есть сила, пропорциональная их длине. Особенность этих источников в том, что естественный резонансный период из колебание Пружинно-массовая система может быть сделана очень долгой - приближающейся к тысяче секунд. Это расстраивает испытательную массу от большинства местных вибраций и механических воздействий. шум, увеличивая чувствительность и полезность гравиметра. Кварцевые и металлические пружины выбирают по разным причинам; кварцевые пружины меньше подвержены влиянию магнитных и электрических полей, тогда 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 между разными местами. 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 гравитационное ускорение испытательной массы в вакууме. Пробная масса может свободно падать в вакуумную камеру, и ее положение измеряется лазерным интерферометром и синхронизируется с атомными часами. Известная длина волны лазера составляет ± 0,025 ppb и часы также стабильны на уровне ± 0,03 ppb. Следует проявлять особую осторожность, чтобы минимизировать воздействие 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 ссылаются на свои измерения на атомные стандарты длины и время. Их основное использование - калибровка соответствующих инструментов, мониторинг деформация 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, в том числе в самолетах (обратите внимание на аэрогравитация[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 ( Гравиметр лунной поверхности) развернутый на поверхности Луны во время Аполлон-17 миссия не сработала из-за ошибки дизайна. Второе устройство ( Эксперимент с траверсным гравиметром) функционировал так, как ожидалось.
Микрогравиметрия
Микрогравиметрия - это развивающаяся и важная отрасль, развивающаяся на основе классической гравиметрии. Микрогравитационные исследования проводятся для решения различных задач инженерной геологии, в основном, 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
Современный гравиметр был разработан Люсьен Лакост и Арнольд Ромберг в 1936 г.
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.
Смотрите также
- Физическая геодезия
- Гравитация Земли
- Восстановление силы тяжести и климатический эксперимент (GRACE), космический корабль запущен в марте 2002 г.
- Исследователь гравитационного поля и устойчивой циркуляции океана (GOCE), космический аппарат запущен в марте 2009 г.
Рекомендации
- ^ "Абсолютные гравиметры Micro-g LaCoste". Micro-g LaCoste, Inc. 2012 г.. Получено 27 июля, 2012.
- ^ 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. Получено 2014-09-16.
Аэрогравитация - это интегрированная система гравиметрических измерений и навигации в реальном времени. При определенных обстоятельствах, как в горных районах, аэрогравитация успешно конкурирует с наземной гравиметрией; последний страдает от неопределенностей, связанных с эффектами местности в ближней зоне. С другой стороны, бортовые гравитационные радиометры менее чувствительны к движению платформы и теперь достигают высокой точности [...].