Βαρυμετρία

Η βαρυμετρία είναι η μέτρηση της ισχύος ενός βαρυτικού πεδίου . Η βαρυμετρία μπορεί να χρησιμοποιηθεί όταν ενδιαφέρουν είτε το μέγεθος ενός βαρυτικού πεδίου είτε οι ιδιότητες της ύλης που είναι υπεύθυνη για τη δημιουργία του.

Μονάδες μέτρησης

Η βαρύτητα συνήθως μετριέται σε μονάδες επιτάχυνσης . Στο σύστημα μονάδων SI , η τυπική μονάδα επιτάχυνσης είναι 1 μέτρο ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο (συντομογραφία m/s ² ). Άλλες μονάδες περιλαμβάνουν το cgs gal (μερικές φορές γνωστό ως galileo , σε κάθε περίπτωση με σύμβολο Gal), που ισούται με 1 εκατοστό ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο, και το g ( g _n ), ίσο με 9,80665 m/s ² . Η τιμή του g _n ορίζεται περίπου ίση με την επιτάχυνση που οφείλεται στη βαρύτητα στην επιφάνεια της Γης (αν και η τιμή του gποικίλλει ανάλογα με την τοποθεσία).

Βαρύμετρα

Ένα όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της βαρύτητας είναι γνωστό ως βαρυόμετρο . Για ένα μικρό σώμα, η γενική σχετικότητα προβλέπει βαρυτικά φαινόμενα που δεν διακρίνονται από τα αποτελέσματα της επιτάχυνσης με την αρχή της ισοδυναμίας . Έτσι, τα βαρύμετρα μπορούν να θεωρηθούν ως επιταχυνσιόμετρα ειδικής χρήσης . Πολλές ζυγαριές μπορούν να θεωρηθούν ως απλά βαρύμετρα. Σε μια κοινή μορφή, ένα ελατήριο χρησιμοποιείται για να εξουδετερώσει τη δύναμη της βαρύτητας που έλκει ένα αντικείμενο. Η αλλαγή στο μήκος του ελατηρίου μπορεί να βαθμονομηθεί στη δύναμη που απαιτείται για την εξισορρόπηση της βαρυτικής έλξης. Η προκύπτουσα μέτρηση μπορεί να γίνει σε μονάδες δύναμης (όπως το Newton), αλλά κατασκευάζεται πιο συχνά σε μονάδες gals ή cm/s ² .

Οι ερευνητές χρησιμοποιούν πιο εξελιγμένα βαρύμετρα όταν χρειάζονται ακριβείς μετρήσεις. Κατά τη μέτρηση του βαρυτικού πεδίου της Γης , γίνονται μετρήσεις με την ακρίβεια των μικρογαλακτωμάτων για να βρεθούν οι διακυμάνσεις της πυκνότητας στα πετρώματα που αποτελούν τη Γη. Υπάρχουν διάφοροι τύποι βαρυμέτρων για την πραγματοποίηση αυτών των μετρήσεων, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων που είναι ουσιαστικά εκλεπτυσμένες εκδόσεις της κλίμακας ελατηρίου που περιγράφεται παραπάνω. Αυτές οι μετρήσεις χρησιμοποιούνται για τον καθορισμό των ανωμαλιών της βαρύτητας .

Εκτός από την ακρίβεια , η σταθερότητα είναι επίσης μια σημαντική ιδιότητα ενός βαρυμέτρου, καθώς επιτρέπει την παρακολούθηση των αλλαγών της βαρύτητας . Αυτές οι αλλαγές μπορεί να είναι αποτέλεσμα μετατοπίσεων μάζας στο εσωτερικό της Γης ή κάθετων κινήσεων του φλοιού της Γης στις οποίες γίνονται μετρήσεις: θυμηθείτε ότι η βαρύτητα μειώνεται κατά 0,03 mGal για κάθε μέτρο ύψους . Η μελέτη των αλλαγών της βαρύτητας ανήκει στη γεωδυναμική .

Η πλειοψηφία των σύγχρονων βαρυμέτρων χρησιμοποιεί ειδικά σχεδιασμένα μεταλλικά ή χαλαζιακά ελατήρια μηδενικού μήκους για τη στήριξη της δοκιμαστικής μάζας. Τα ελατήρια μηδενικού μήκους δεν ακολουθούν το νόμο του Hooke . αντίθετα έχουν δύναμη ανάλογη με το μήκος τους. Η ιδιαίτερη ιδιότητα αυτών των ελατηρίων είναι ότι η φυσική περίοδος συντονισμού ταλάντωσης του συστήματος ελατηρίου-μάζας μπορεί να γίνει πολύ μεγάλη - πλησιάζοντας τα χίλια δευτερόλεπτα. Αυτό αποσυντονίζει τη μάζα δοκιμής από τους περισσότερους τοπικούς κραδασμούς και μηχανικούς θορύβους, αυξάνοντας την ευαισθησία και τη χρησιμότητα του βαρυμέτρου. Τα ελατήρια χαλαζία και μεταλλικά επιλέγονται για διαφορετικούς λόγους. Τα χαλαζιακά ελατήρια επηρεάζονται λιγότερο από μαγνητικά και ηλεκτρικά πεδία ενώ τα μεταλλικά ελατήρια έχουν πολύ μικρότερη μετατόπιση (επιμήκυνση) με το χρόνο. Η δοκιμαστική μάζα σφραγίζεται σε αεροστεγές δοχείο έτσι ώστε οι μικροσκοπικές αλλαγές της βαρομετρικής πίεσης από τον άνεμο που πνέει και άλλες καιρικές συνθήκες να μην αλλάζουν την άνωση της μάζας δοκιμής στον αέρα.

Τα βαρυτόμετρα ελατηρίου είναι, στην πράξη, σχετικά όργανα που μετρούν τη διαφορά στη βαρύτητα μεταξύ διαφορετικών θέσεων. Ένα σχετικό όργανο απαιτεί επίσης βαθμονόμηση συγκρίνοντας τις ενδείξεις του οργάνου που λαμβάνονται σε θέσεις με γνωστές πλήρεις ή απόλυτες τιμές βαρύτητας. Τα απόλυτα βαρύμετρα παρέχουν τέτοιες μετρήσεις προσδιορίζοντας τη βαρυτική επιτάχυνση μιας δοκιμαστικής μάζας στο κενό. Μια δοκιμαστική μάζα αφήνεται να πέσει ελεύθερα μέσα σε ένα θάλαμο κενού και η θέση της μετράται με συμβολόμετρο λέιζερ και χρονομετρείται με ένα ατομικό ρολόι. Το μήκος κύματος λέιζερ είναι γνωστό ότι είναι ±0,025 ppbκαι το ρολόι είναι σταθερό στα ±0,03 ppb επίσης. Πρέπει να ληφθεί μεγάλη προσοχή για την ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων των ενοχλητικών δυνάμεων όπως η υπολειπόμενη αντίσταση του αέρα (ακόμη και στο κενό), οι κραδασμοί και οι μαγνητικές δυνάμεις. Τέτοια όργανα είναι ικανά για ακρίβεια περίπου δύο μερών ανά δισεκατομμύριο ή 0,002 mGal ^[1] και αναφέρονται στη μέτρησή τους σε ατομικά πρότυπα μήκους και χρόνου . Η κύρια χρήση τους είναι για τη βαθμονόμηση σχετικών οργάνων, την παρακολούθηση της παραμόρφωσης του φλοιού και σε γεωφυσικές μελέτες που απαιτούν υψηλή ακρίβεια και σταθερότητα. Ωστόσο, τα απόλυτα όργανα είναι κάπως μεγαλύτερα και σημαντικά πιο ακριβά από τα σχετικά βαρυτόμετρα ελατηρίου, και επομένως είναι σχετικά σπάνια.

Τα βαρύμετρα έχουν σχεδιαστεί για τοποθέτηση σε οχήματα, συμπεριλαμβανομένων αεροσκαφών (σημειώστε το πεδίο της αεροβαρύτητας ^[2] ), πλοίων και υποβρυχίων. Αυτά τα ειδικά βαρύμετρα απομονώνουν την επιτάχυνση από την κίνηση του οχήματος και την αφαιρούν από τις μετρήσεις. Η επιτάχυνση των οχημάτων είναι συχνά εκατοντάδες ή χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από τις αλλαγές που μετρώνται.

Ένα βαρυόμετρο (το βαρυόμετρο της Σεληνιακής Επιφάνειας ) που αναπτύχθηκε στην επιφάνεια του φεγγαριού κατά τη διάρκεια της αποστολής Apollo 17 δεν λειτούργησε λόγω ενός σχεδιαστικού λάθους. Μια δεύτερη συσκευή (το πείραμα βαρυμέτρου Traverse ) λειτούργησε όπως αναμενόταν.

Περισσότερες πληροφορίες

Το βαρυόμετρο είναι ένα όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της βαρυτικής επιτάχυνσης . Κάθε μάζα έχει ένα σχετικό βαρυτικό δυναμικό. Η κλίση αυτού του δυναμικού είναι μια δύναμη. Ένα βαρυόμετρο μετρά αυτή τη βαρυτική δύναμη.

Τα πρώτα βαρύμετρα ήταν κατακόρυφα επιταχυνσιόμετρα , εξειδικευμένα για τη μέτρηση της σταθερής προς τα κάτω επιτάχυνσης της βαρύτητας στην επιφάνεια της γης. Η κατακόρυφη βαρύτητα της γης ποικίλλει από μέρος σε μέρος στην επιφάνεια της Γης κατά περίπου ±0,5%. Μεταβάλλεται κατά ±1000 περίπουnm/s ²(νανόμετρα ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο) σε οποιαδήποτε τοποθεσία λόγω των μεταβαλλόμενων θέσεων του ήλιου και της σελήνης σε σχέση με τη γη.

Η αλλαγή από το να αποκαλεί μια συσκευή "επιταχυνσιόμετρο" σε να την αποκαλεί "βαρυόμετρο" συμβαίνει περίπου στο σημείο όπου πρέπει να κάνει διορθώσεις για τις παλίρροιες της γης.

Αν και παρόμοια σχεδίαση με άλλα επιταχυνσιόμετρα, τα βαρύμετρα είναι συνήθως σχεδιασμένα να είναι πολύ πιο ευαίσθητα. Οι πρώτες τους χρήσεις ήταν να μετρήσουν τις αλλαγές στη βαρύτητα από τις ποικίλες πυκνότητες και την κατανομή των μαζών στο εσωτερικό της γης, από τις χρονικές « παλιρροϊκές » μεταβολές στο σχήμα και την κατανομή της μάζας στους ωκεανούς, την ατμόσφαιρα και τη γη.

Τα βαρύμετρα μπορούν να ανιχνεύσουν δονήσεις και αλλαγές βαρύτητας από ανθρώπινες δραστηριότητες. Ανάλογα με τα ενδιαφέροντα του ερευνητή ή του χειριστή, αυτό μπορεί να αντιμετωπιστεί με ολοκληρωμένη απομόνωση κραδασμών και επεξεργασία σήματος .

Η ανάλυση των βαρυμέτρων μπορεί να αυξηθεί με τον μέσο όρο των δειγμάτων για μεγαλύτερες περιόδους. Τα θεμελιώδη χαρακτηριστικά των βαρυμέτρων είναι η ακρίβεια μιας μεμονωμένης μέτρησης (ένα μόνο "δείγμα") και ο ρυθμός δειγματοληψίας (δείγματα ανά δευτερόλεπτο).

${\displaystyle {\text{Resolution}}={{\text{SingleMeasurementResolution}} \over {\sqrt {\text{NumberOfSamples}}}}}$

για παράδειγμα:

${\displaystyle {\text{Ανάλυση ανά λεπτό}}={{\text{Ανάλυση ανά δευτερόλεπτο}} \over {\sqrt {60}}}}$

Τα βαρύμετρα εμφανίζουν τις μετρήσεις τους σε μονάδες gals (cm/s ² ), νανόμετρα ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο και μέρη ανά εκατομμύριο, μέρη ανά δισεκατομμύριο ή μέρη ανά τρισεκατομμύριο της μέσης κατακόρυφης επιτάχυνσης σε σχέση με τη γη. Μερικές νεότερες μονάδες είναι pm/s ² (πικόμετρα ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο), fm/s ² (femto), am/s ² (atto) για πολύ ευαίσθητα όργανα.

Τα βαρύμετρα χρησιμοποιούνται για την αναζήτηση πετρελαίου και ορυκτών , τη σεισμολογία , τη γεωδαισία , τις γεωφυσικές έρευνες και άλλες γεωφυσικές έρευνες, καθώς και για τη μετρολογία . Ο θεμελιώδης σκοπός τους είναι να χαρτογραφήσουν το πεδίο βαρύτητας στο χώρο και στο χρόνο.

Οι περισσότερες τρέχουσες εργασίες βασίζονται στη γη, με λίγους δορυφόρους γύρω από τη γη, αλλά τα βαρύμετρα ισχύουν επίσης για τη σελήνη, τον ήλιο, τους πλανήτες, τους αστεροειδείς, τα αστέρια, τους γαλαξίες και άλλα σώματα. Τα πειράματα βαρυτικών κυμάτων παρακολουθούν τις αλλαγές με την πάροδο του χρόνου στο ίδιο το βαρυτικό δυναμικό, παρά τη διαβάθμιση του δυναμικού που παρακολουθεί το βαρυόμετρο. Αυτή η διάκριση είναι κάπως αυθαίρετη. Τα υποσυστήματα των πειραμάτων βαρυτικής ακτινοβολίας είναι πολύ ευαίσθητα στις αλλαγές της κλίσης του δυναμικού. Τα τοπικά σήματα βαρύτητας στη γη που παρεμβαίνουν στα πειράματα βαρυτικών κυμάτων αναφέρονται απαξιωτικά ως «Νευτώνειος θόρυβος», καθώς οι υπολογισμοί της Νευτώνειας βαρύτητας είναι επαρκείς για να χαρακτηρίσουν πολλά από τα τοπικά (γήινα) σήματα.

Ο όρος απόλυτο βαρύμετρο έχει χρησιμοποιηθεί συχνότερα για την επισήμανση βαρυμέτρων που αναφέρουν την τοπική κατακόρυφη επιτάχυνση λόγω της γης. Το σχετικό βαρυόμετρο αναφέρεται συνήθως σε διαφορικές συγκρίσεις βαρύτητας από το ένα μέρος στο άλλο. Είναι σχεδιασμένα να αφαιρούν αυτόματα τη μέση κατακόρυφη βαρύτητα. Μπορούν να βαθμονομηθούν σε μια θέση όπου η βαρύτητα είναι γνωστή με ακρίβεια, και στη συνέχεια να μεταφερθούν στη θέση όπου πρόκειται να μετρηθεί η βαρύτητα. Ή μπορούν να βαθμονομηθούν σε απόλυτες μονάδες στη θέση λειτουργίας τους.

Υπάρχουν πολλές μέθοδοι για την εμφάνιση πεδίων επιτάχυνσης, που ονομάζονται επίσης πεδία βαρύτητας . Αυτό περιλαμβάνει παραδοσιακούς χάρτες 2D, αλλά όλο και περισσότερο τρισδιάστατο βίντεο. Δεδομένου ότι η βαρύτητα και η επιτάχυνση είναι το ίδιο, το "πεδίο επιτάχυνσης" μπορεί να είναι προτιμότερο, καθώς το "βαρύτητα" είναι ένα πρόθεμα που χρησιμοποιείται συχνά κατά λάθος.

Εμπορικά απόλυτα βαρύμετρα

Τα βαρυτόμετρα για τη μέτρηση της βαρύτητας της γης όσο το δυνατόν ακριβέστερα γίνονται όλο και μικρότερα και πιο φορητά. Ένας κοινός τύπος μετρά την επιτάχυνση μικρών μαζών που πέφτουν ελεύθερα στο κενό , όταν το επιταχυνσιόμετρο είναι σταθερά στερεωμένο στο έδαφος. Η μάζα περιλαμβάνει έναν οπισθοανακλαστήρα και τερματίζει τον ένα βραχίονα ενός συμβολόμετρου Michelson . Μετρώντας και χρονομετρώντας τα κρόσσια παρεμβολής, μπορεί να μετρηθεί η επιτάχυνση της μάζας. ^[3] Μια πιο πρόσφατη εξέλιξη είναι μια έκδοση "άνοδος και πτώσης" που εκτοξεύει τη μάζα προς τα πάνω και μετρά τόσο την ανοδική όσο και την καθοδική κίνηση. ^[4] Αυτό επιτρέπει την ακύρωση ορισμένων σφαλμάτων μέτρησης, ωστόσο τα βαρύμετρα "άνοδος και πτώσης" δεν είναι ακόμη σε κοινή χρήση. Τα απόλυτα βαρύμετρα χρησιμοποιούνται στη βαθμονόμηση των σχετικών βαρυμέτρων, στην τοπογραφία για ανωμαλίες βαρύτητας (κενά) και για τη δημιουργία του κατακόρυφου δικτύου ελέγχου .

Οι μέθοδοι συμβολομετρίας ατόμων και ατομικών σιντριβανιών χρησιμοποιούνται για την ακριβή μέτρηση της βαρύτητας της γης και τα ατομικά ρολόγια και τα ειδικά κατασκευασμένα όργανα μπορούν να χρησιμοποιήσουν μετρήσεις διαστολής χρόνου (ονομάζονται επίσης γενικές σχετικιστικές) για να παρακολουθούν τις αλλαγές στο βαρυτικό δυναμικό και τη βαρυτική επιτάχυνση στη γη.

Ο όρος "απόλυτο" δεν εκφράζει τη σταθερότητα, την ευαισθησία, την ακρίβεια, την ευκολία χρήσης και το εύρος ζώνης του οργάνου. Άρα και το «σχετικό» δεν πρέπει να χρησιμοποιείται όταν μπορούν να δοθούν πιο συγκεκριμένα χαρακτηριστικά.

Σχετικά βαρύμετρα

Τα πιο κοινά βαρύμετρα είναι με βάση το ελατήριο . Χρησιμοποιούνται σε έρευνες βαρύτητας σε μεγάλες περιοχές για τον καθορισμό του σχήματος του γεωειδούς σε αυτές τις περιοχές. Είναι βασικά ένα βάρος σε ένα ελατήριο και μετρώντας την ποσότητα με την οποία το βάρος τεντώνει το ελατήριο, μπορεί να μετρηθεί η τοπική βαρύτητα. Ωστόσο, η αντοχή του ελατηρίου πρέπει να βαθμονομηθεί τοποθετώντας το όργανο σε θέση με γνωστή βαρυτική επιτάχυνση. ^[5]

Το τρέχον πρότυπο για ευαίσθητα βαρύμετρα είναι τα υπεραγώγιμα βαρύμετρα , τα οποία λειτουργούν αναρτώντας μια υπεραγώγιμη σφαίρα νιοβίου σε ένα εξαιρετικά σταθερό μαγνητικό πεδίο . το ρεύμα που απαιτείται για τη δημιουργία του μαγνητικού πεδίου που αιωρεί τη σφαίρα του νιοβίου είναι ανάλογο με την ισχύ της βαρυτικής επιτάχυνσης της Γης. ^[6] Το υπεραγώγιμο βαρυόμετρο επιτυγχάνει ευαισθησίες 10 ^–11 m·s ⁻² (ένα νανογαλίδιο ), περίπου ένα τρισεκατομμυριοστό (10 ⁻¹² ) της βαρύτητας της επιφάνειας της Γης. Σε μια επίδειξη της ευαισθησίας του υπεραγώγιμου βαρυμέτρου, Virtanen (2006),^[7] περιγράφει πώς ένα όργανο στο Metsähovi της Φινλανδίας ανίχνευσε τη σταδιακή αύξηση της επιφανειακής βαρύτητας καθώς οι εργάτες καθάρισαν το χιόνι από την οροφή του εργαστηρίου του.

Το μεγαλύτερο συστατικό του σήματος που καταγράφεται από ένα υπεραγώγιμο βαρυόμετρο είναι η παλιρροιακή βαρύτητα του ήλιου και της σελήνης που ενεργούν στο σταθμό. Αυτό είναι περίπου ±1000nm/s ²(νανόμετρα ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο) στις περισσότερες τοποθεσίες. Τα «SG», όπως ονομάζονται, μπορούν να ανιχνεύσουν και να χαρακτηρίσουν τις παλίρροιες της γης , τις αλλαγές στην πυκνότητα της ατμόσφαιρας, την επίδραση των αλλαγών στο σχήμα της επιφάνειας του ωκεανού, την επίδραση της πίεσης της ατμόσφαιρας στη γη, τις αλλαγές στην ο ρυθμός περιστροφής της γης, οι ταλαντώσεις του πυρήνα της γης, τα μακρινά και κοντινά σεισμικά γεγονότα και άλλα.

Πολλά ευρυζωνικά, τριών αξόνων, σεισμόμετρα κοινής χρήσης είναι αρκετά ευαίσθητα για να παρακολουθούν τον ήλιο και τη σελήνη. Όταν λειτουργούν για να αναφέρουν την επιτάχυνση, είναι χρήσιμα βαρύμετρα. Επειδή έχουν τρεις άξονες, είναι δυνατό να λυθεί η θέση και ο προσανατολισμός τους, είτε παρακολουθώντας τον χρόνο άφιξης και το μοτίβο των σεισμικών κυμάτων από τους σεισμούς είτε με αναφορά τους στην παλιρροιακή βαρύτητα του ήλιου και της σελήνης.

Πρόσφατα, τα SG και τα ευρυζωνικά σεισμόμετρα τριών αξόνων που λειτουργούν σε λειτουργία βαρυμέτρου, άρχισαν να ανιχνεύουν και να χαρακτηρίζουν τα μικρά σήματα βαρύτητας από τους σεισμούς. Αυτά τα σήματα φτάνουν στο βαρυόμετρο με την ταχύτητα του φωτός , επομένως έχουν τη δυνατότητα να βελτιώσουν τις μεθόδους έγκαιρης προειδοποίησης σεισμών. Υπάρχει κάποια δραστηριότητα για τον σχεδιασμό ειδικά κατασκευασμένων βαρυμέτρων επαρκούς ευαισθησίας και εύρους ζώνης για την ανίχνευση αυτών των άμεσων σημάτων βαρύτητας από τους σεισμούς. Όχι μόνο τα γεγονότα μεγέθους 7+, αλλά και τα μικρότερα, πολύ πιο συχνά, συμβάντα.

Νεότερα βαρύμετρα MEMS , ατομικά βαρύμετρα – Τα βαρύμετρα MEMS προσφέρουν τη δυνατότητα για χαμηλού κόστους συστοιχίες αισθητήρων. Τα βαρύμετρα MEMS είναι επί του παρόντος παραλλαγές σε επιταχυνσιόμετρα τύπου ελατηρίου όπου παρακολουθούνται οι κινήσεις ενός μικροσκοπικού προβόλου ή μάζας για να αναφέρουν την επιτάχυνση. Μεγάλο μέρος της έρευνας εστιάζεται σε διαφορετικές μεθόδους ανίχνευσης της θέσης και των κινήσεων αυτών των μικρών μαζών. ^[8] Στα βαρύμετρα ατόμων, η μάζα είναι μια συλλογή ατόμων.

Για μια δεδομένη δύναμη επαναφοράς, η κεντρική συχνότητα του οργάνου δίνεται συχνά από

${\displaystyle \omega =2\pi \times {\text{Frequency}}={\sqrt {{\text{ForceConstant}} \over {\text{Effective Mass}}}}}$(σε ακτίνια ανά δευτερόλεπτο)

Ο όρος για τη "σταθερά δύναμης" αλλάζει εάν η δύναμη επαναφοράς είναι ηλεκτροστατική, μαγνητοστατική, ηλεκτρομαγνητική, οπτική, μικροκυματική, ακουστική ή οποιοσδήποτε από τους δεκάδες διαφορετικούς τρόπους για να διατηρείται η μάζα ακίνητη. Η "σταθερά δύναμης" είναι απλώς ο συντελεστής του όρου μετατόπισης στην εξίσωση κίνησης:

m a + b v + k x + σταθερά = F ( X , t )

m μάζα, a επιτάχυνση, b ιξώδες, v ταχύτητα, k σταθερά δύναμης, x μετατόπιση

F εξωτερική δύναμη ως συνάρτηση της θέσης/θέσης και του χρόνου.

F είναι η δύναμη που μετράται, καιφά/Μείναι η επιτάχυνση.

g ( X , t ) = a +b v/Μ+k x/Μ+συνεχής/Μ+ υψηλότερες παράγωγοι της δύναμης αποκατάστασης

Οι ακριβείς σταθμοί GPS μπορούν να λειτουργήσουν ως βαρύμετρα, καθώς μετρούν όλο και περισσότερο τρεις θέσεις αξόνων με την πάροδο του χρόνου, οι οποίες, όταν διαφοροποιηθούν δύο φορές, δίνουν ένα σήμα επιτάχυνσης.

Τα δορυφορικά βαρυτόμετρα GOCE , GRACE , λειτουργούν ως επί το πλείστον σε λειτουργία βαρυτόμετρου . Αποδίδουν λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με το πεδίο βαρύτητας που μεταβάλλεται στον χρόνο της γης Τα μοντέλα σφαιρικού αρμονικού βαρυτικού δυναμικού βελτιώνονται σιγά σιγά τόσο σε χωρική όσο και σε χρονική ανάλυση. Λαμβάνοντας την κλίση των δυναμικών δίνει μια εκτίμηση της τοπικής επιτάχυνσης που είναι αυτή που μετράται από τις συστοιχίες βαρυμέτρου. Το υπεραγώγιμο δίκτυο βαρυμέτρου έχει χρησιμοποιηθεί για να γειώσει αλήθεια τα δορυφορικά δυναμικά. Αυτό θα βελτιώσει τελικά τόσο τις δορυφορικές όσο και τις επίγειες μεθόδους και τις ενδοσυγκρίσεις.

Υπάρχουν επίσης μεταφερόμενα σχετικά βαρύμετρα. χρησιμοποιούν μια εξαιρετικά σταθερή αδρανειακή πλατφόρμα για να αντισταθμίσουν τις επιδράσεις κάλυψης της κίνησης και των κραδασμών, ένα δύσκολο κατόρθωμα μηχανικής. Τα πρώτα μεταφερόμενα σχετικά βαρύμετρα ήταν, σύμφωνα με πληροφορίες, μια μυστική στρατιωτική τεχνολογία που αναπτύχθηκε τη δεκαετία του 1950-1960 ως βοήθημα πλοήγησης για πυρηνικά υποβρύχια . Στη συνέχεια, στη δεκαετία του 1980, τα μεταφερόμενα σχετικά βαρύμετρα κατασκευάστηκαν αντίστροφα από τον πολιτικό τομέα για χρήση στα πλοία, στη συνέχεια σε εναέριες και, τέλος, δορυφορικές έρευνες βαρύτητας. ^[9]

Μικροβαρυμετρία

Η μικροβαρυμετρία είναι ένας σημαντικός κλάδος που αναπτύχθηκε στα θεμέλια της κλασικής βαρυμετρίας. Διενεργούνται έρευνες μικροβαρύτητας για την επίλυση διαφόρων προβλημάτων μηχανολογικής γεωλογίας, κυρίως εντοπισμού κενών και παρακολούθησής τους. Πολύ λεπτομερείς μετρήσεις υψηλής ακρίβειας μπορούν να υποδεικνύουν κενά οποιασδήποτε προέλευσης, υπό την προϋπόθεση ότι το μέγεθος και το βάθος είναι αρκετά μεγάλα ώστε να παράγουν εφέ βαρύτητας ισχυρότερο από το επίπεδο εμπιστοσύνης του σχετικού σήματος βαρύτητας.

Ιστορία

Το σύγχρονο βαρυόμετρο αναπτύχθηκε από τους Lucien LaCoste και Arnold Romberg το 1936.

Εφηύραν επίσης τις περισσότερες μεταγενέστερες βελτιώσεις, συμπεριλαμβανομένου του βαρυμέτρου που τοποθετείται στο πλοίο, το 1965, όργανα ανθεκτικά στη θερμοκρασία για βαθιές γεωτρήσεις και ελαφριά χειροκίνητα όργανα. Τα περισσότερα από τα σχέδιά τους παραμένουν σε χρήση με βελτιώσεις στη συλλογή και την επεξεργασία δεδομένων.

Δορυφορική βαρυμετρία

Επί του παρόντος, οι παράμετροι του στατικού και χρονικά μεταβλητού πεδίου βαρύτητας της Γης προσδιορίζονται χρησιμοποιώντας σύγχρονες δορυφορικές αποστολές, όπως GOCE , CHAMP , Swarm , GRACE και GRACE-FO . ^{[10] [11]} Οι παράμετροι χαμηλότερου βαθμού, συμπεριλαμβανομένης της γήινης πλάστιξης και της κίνησης του γεωκέντρου, προσδιορίζονται καλύτερα από την εμβέλεια δορυφορικού λέιζερ . ^[12]

Ανωμαλίες βαρύτητας μεγάλης κλίμακας μπορούν να ανιχνευθούν από το διάστημα, ως υποπροϊόν δορυφορικών αποστολών βαρύτητας, π.χ., GOCE . Αυτές οι δορυφορικές αποστολές στοχεύουν στην ανάκτηση ενός λεπτομερούς μοντέλου πεδίου βαρύτητας της Γης, που συνήθως παρουσιάζεται με τη μορφή σφαιρικής-αρμονικής επέκτασης του βαρυτικού δυναμικού της Γης, αλλά εναλλακτικές παρουσιάσεις, όπως χάρτες γεωειδών κυματισμών ή ανωμαλιών βαρύτητας, είναι επίσης που παράγονται.

Το πείραμα ανάκτησης βαρύτητας και κλίματος (GRACE) αποτελείται από δύο δορυφόρους που μπορούν να ανιχνεύσουν βαρυτικές αλλαγές σε όλη τη Γη. Επίσης αυτές οι αλλαγές μπορούν να παρουσιαστούν ως χρονικές διακυμάνσεις της ανωμαλίας της βαρύτητας. Το Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) αποτελούνταν επίσης από δύο διαστημόπλοια σε τροχιά γύρω από τη Σελήνη, τα οποία περιφέρονταν για τρία χρόνια πριν από την έκθεσή τους το 2015.

Δείτε επίσης

• Felix Andries Vening Meinesz
• Γεωφυσική έρευνα
• GOCE Ένα σύγχρονο δορυφορικό βαθμόμετρο που περιέχει ζεύγη βαρυτόμετρων (επιταχυνσιόμετρα)
• Βαρύτητα της Γης
• Βαρυτική βαθμονομία
• Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), διαστημόπλοιο που εκτοξεύτηκε τον Μάρτιο του 2002
• Πεδίο βαρύτητας και εξερευνητής κυκλοφορίας ωκεανών σταθερής κατάστασης (GOCE), διαστημόπλοιο που εκτοξεύτηκε τον Μάρτιο του 2009
• Φυσική γεωδαισία

Αναφορές