Апаратура та методи вимірювання сили тяжіння

Густина гірських порід. Модель геологічного розрізу.

Вимірювання сили тяжіння базуються на різноманітних орізнених явищах і коливання маятника вільного падіння тіл, розтягу пружини вантажем та інших.

Методи вимірювання сили тяжіння поділяються на динамічні, у яких спостерігають рух вантажу у полі сили тяжіння, та статичні, у яких вимірюють розтяг пружного елементу вантажем. Розрізняють абсолютні та відносні визначення сили тяжіння, та статичні, у яких вимірюють розтяг пружного елементу вантажем. Розрізняють абсолютні та відносні визначення сили тяжіння. Абсолютними є методи, які дозволяють визначити по кожній точці абсолютне, тобто повне, значення сили тяжіння. Відносними методами ж є такі, які дозволяють визначити по кожній точці приріст (різницю значень) сили тяжіння () відносно деякої початкової точки.

Коли здійснюють абсолютні вимірювання головним чином застосовують маятникові прилади, у яких застосовують маятникові прилади, у яких використовується динамічний метод вимірювання сили тяжіння. Відносні вимірювання ж – як маятниковими приладами, так і гравіметрами. Принцип дії останніх ґрунтується на статичному способі вимірювання сили тяжіння.

Зміст маятникового методу полягає у вимірюванні періоду коливань маятника т. Тоді прискорення сили тяжіння за формулою Гюгейнга: .

Труднощі обчислювальних вимірювань величини маятниковими приладами у зв’язку з необхідністю (отримання точності порядку 1×10^-5 м/с²) проведення вимірювань Т точністю близько до 10^-7с та довжиною маятника в точністю близько 0,001мм. Це визначає по кожній точці багаторазових замірів, що призводить до збільшення часу замірів у одному пункті до 8 годин і більше.

Дещо простіше за допомогою маятникових приладів проводити відносні вимірювання. При цьому здійснюються вимірювання періоду коливань маятника на базовому пункті Т₀, а потім на всіх інших.

Якщо є від’ємним значення на базовому пункті, то інших точках , тобто не виникає необхідності вимірювати довжину маятника. Особлива оптична система та точний характер допомагають при вимірюванні періоду коливань. Точність абсолютних вимірювань за допомогою маятникових приладів у обсерваторіях може бути досягнута близько 1×10^-5¸3×10^-5 м/с², для наземних відносних досліджень – близько 0,1×10^-5¸3×10^-5, на поверхні моря – 0,5×10^-6¸1×10^-6 м/с².

Статистичний метод вимірювання сили тяжіння полягає в компенсації сили, яка викликана дією невеликого вантажа, силою пружності пружини або ж пружної нитки, величина деформації яких є пропорційна силі тяжіння, що діє на цей вантаж. Цей принцип було закладено при конструюванні спеціальних приладів – гравіметрів.

Гравіметри, у яких вантаж здійснює поступові пересування, обернено пропорційні силі тяжіння дістали назву гравіметрів І типу. У них є лінійна шкала.

Гравіметри, у яких вантаж здійснює обертовий рух навколо певної точки підвісу, є гравіметри 2 типу.

Найчастіше застосовуються гравіметри ІІ типу з кварцовою пружною системою.

Гравітаційні гравіметри та градієнтометри використовують, коли необхідно виміряти другі похідні потенціалу сили тяжіння. Їхнім чутливим елементом є крутильна вага, яка являє собою коромисло з однаковими вантажами на кінцях, яке ж висить на пружній нитці. При попаданні у нерівномірне поле нитка починає крутитися, і коромисло обертається на певний кут, пропорційний градієнту сили тяжіння вздовж відповідного напрямку (рис. 2).

Широкого застосування у гравірозвідці набули прилади, у яких вантажі розташовані на різних рівнях – крутильна вага другого типу. Поворот коромисла гравітаційного варіаметра відбудеться лише тоді, якщо вимірювальна система буде знаходитись у неоднорідному гравітаційному полі. При цьому нитка підвісу починає крутитись поки не буде врівноважено момент діючих сил.