VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Гравиметрические данные используются во многих сферах деятельности человека , как научных , так и практических . Так , например , на связи формы поверхности Земли с элементами гравитационного поля основан физический метод определения фигуры нашей планеты .

Результаты измерения силы тяжести на поверхность Земли и фиксация ее изменения во времени позволяют изучать внутреннее строение Земли , определять ее физические параметры . Все явления , происходящие на поверхности Земли , связаны с перемещением масс внутри нее .Эти явления можно фиксировать при постоянном мониторинге гравитационного поля в тектонически активных областях и тем самым делать прогноз возможных землетрясений или извержений вулканов . Повышение требований к точности расчета орбит искусственных спутников Земли увеличивает значимость гравиметрических данных , которые используются для целей автономной навигации . Незнание особенностей гравитационного поля порождает погрешности в показаниях инерциальных навигационных систем и определении координат точек земной поверхности[4].

Гравиметр- прибор для измерения силы тяжести и соответствующего ускорения свободного падения g. Различают два способа измерения силы тяжести: абсолютный и относительный. В последнем измеряют приращение Δg относительно значения g в некотором исходном пункте. Относительная погрешность определения g Гравиметра ~10^-7-10^-9[4].

Гравиметры разделяются на статические и динамические. К статическим гравиметрам относится обширный класс приборов, основанных на принципе уравновешивания силы тяжести (или момента силы тяжести) упругой силой (или упругим моментом) чувствительного элемента.Статические гравиметры используются только для относительных определений и являются основными приборами для измерения Δg. Основной частью статического гравиметра является упругая система. Применяются системы типа пружинных весов, в которых мерой Δg служат дополнительное растяжение пружины и линейное перемещение груза. Чаще используются крутильные системы, в которых маятник, подвешенный на горизонтальной упругой нити или пружине, поддерживается её упругой силой в положении, близком к горизонтальному. Мерой Δg служит дополнительный поворот маятника или дополнительное усилие, необходимое для возвращения его в исходное (нулевое) положение. Системы такого типа в принципе нелинейны. При приближении маятника к положению неустойчивости резко возрастает чувствительность. Такая система называется астазированной. Статические гравиметры применяются также для измерения Δg в море на кораблях. При этом гравиметр помещается на гиростабилизированную платформу. В наблюдения вводятся поправки за вертикальные и горизонтальные возмущающие ускорения (измеряются спец. акселерографами) и за наклоны. Точность измерения Δg на море на два порядка ниже, чем на суше. При помощи статического гравиметра проводятся опытные наблюдения на самолётах. Гравиметр широко применяются в гравиразведке.К динамическим гравиметрам относятся струнные и баллистич гравиметры.. Струнные применяются для относительных измерений. Δg определяется по изменению частоты колебаний нагруженной струны. Баллистические гравиметры используются для абсолютных измерений. Принцип действия баллистического гравиметра основан на измерении времени прохождения пробного (свободно падающего) тела через несколько точек, расстояния между которыми также измеряются. Высокая точность измерения достигается использованием кварцевых и атомных стандартов частоты и лазеров.К динамическим гравиметрам следует отнести и маятниковый прибор, в котором используется зависимость периода колебаний свободного маятника от g[5].

Рис1.Гравиметр

Сила тяжести, то есть сила, действующая на единичную массу на Земле, складывается из сил тяготения и силы инерции (центробежной силы), вызванной вращением Земли:

,

где — гравитационная постоянная, — единичная масса, — элемент массы Земли, — радиус-векторы точки измерения и элемента массы, — угловая скорость вращения Земли; интеграл берётся по всем массам.

При гравиметрических наблюдениях посредством спутников объектом измерения является лишь поле тяготения Земли или другой планеты, то есть первый член.

Потенциал поля силы тяжести определяется соотношением:

,

где — широта точки измерения.

Условие постоянной силы тяжести определяет множество эквипотенциальных поверхностей — т. н. уровненных поверхностей; уровненная поверхность, для которой сила тяжести совпадает с силой тяжести на среднемноголетнем (невозмущённом) уровне моря называется геоидом[1].

Для удобства представления, не зависящего от локального распределения масс, силу тяжести делят на два компонента: нормальную часть , представляющую силу тяжести однородного референц-эллипсоида (то есть эллипсоида вращения с массой и скоростью вращения, равным земным, и максимально соответствующего геоиду), и аномальную , равную разнице между наблюдаемой и нормальной силами тяжести .

В международной гравиметрической системе IGSN 71 для нормальной силы тяжести принята формула с поправочными коэффициентами, определёнными по совокупности гравиметрических данных на 1967 г.:

м / с².

Единицей измерения в гравиметрии является гал (русское обозначение: Гал; международное: Gal), равный 1 см/с². Названа в честь итальянского учёного Галилео Галилея. В начале XX века был определён абсолютный стандарт силы тяжести Земли, основанный на гравиметрических измерениях в Потсдаме (сила тяжести в Потсдаме — 981 274 мГал), однако уже в 30-е годы XX века были получены данные о том, потсдамский стандарт завышен на 13—14 мГал. Результатом стало создание единой мировой опорной гравиметрической сети International Gravity Standardization Net (IGSN), в 1971 г. она была принята вместо потсдамской системы (стандарт IGSN 71), в которой абсолютный стандарт силы тяжести Земли, не привязанный к координате, составляет 978 031,8 мГал[5].

В гравиметрии за единицу ускорения силы тяжести принят 1 Гал – в честь Г. Галилея :

1 Гал = 1·10 -2 м/c² – гал ;

1мГал = 1·10 -5 м/c² – миллигал ;

1мкГал = 1·10 -8 м/c² – микрогал

Таким образом, в настоящее время в гравиметрии при определении элементов гравитационного поля Земли четко обозначилась тенденция привлечения спутниковых методов, к которым относятся спутниковая альтиметрия, определяющая данные только для морской поверхности, и в перспективе - межспутниковые измерения дальности и радиальной скорости и спутниковая градиентометрия[5].

Литература:

1. Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии: Учебное пособие / под ред. В.В. Иванова. – М.: Едиториал УРСС, 2001;

2. Геодезическая астрономия применительно к решению инженерно-геодезических задач / И.С. Пандул. – СПб.: Политехника, 2010;

3. Кузьмин , В.И. К89 Гравиметрия [ Текст ]: учеб . пособие / В.И. Кузьмин . – Новосибирск : СГГА , 2011. – 193с

4. Н.П. Грушинский «Теория фигур Земли»М. 1976 г., 512 стр.

5.http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics.

Код для цитирования: Скопировать