Измерение ускорения свободного падения, или силы тяжести Земли, является важной научной и практической задачей. Специальные приборы для этих целей называются гравиметрами. Современные гравиметры позволяют проводить высокоточные измерения гравитационного поля в различных точках земной поверхности и решать множество научных и инженерных задач.
Общие сведения о гравиметрах
Гравиметр – это прибор для измерения ускорения свободного падения, то есть силы тяжести Земли. Этот параметр также называют ускорением силы тяжести . В разных точках земной поверхности он может немного отличаться.
Прибор для измерения земного притяжения позволяет определить абсолютное значение ускорения силы тяжести в конкретной точке, а также разницу гравитационных ускорений между двумя точками. Эти данные используются в геодезии, геофизике, геологоразведке и других науках о Земле.
Принцип работы гравиметров
В основе работы большинства гравиметров лежит принцип измерения периода крутильных или физических колебаний груза. Частота таких колебаний зависит от ускорения свободного падения.
Большая часть гравиметров это точные пружинные или крутильные весы.
Современные гравиметры используют высокоточные электронные датчики для измерения частоты колебаний груза. Полученные данные обрабатывает встроенный микроконтроллер, который вычисляет абсолютное значение g и относительные вариации ∆g между измерениями.
Конструктивные особенности гравиметра
Итак, гравиметр – это прецизионный прибор для измерений ускорения силы тяжести Земли, то есть величины земного притяжения. С помощью гравиметра можно получить абсолютное значение g в конкретной точке или разницу гравитационных ускорений между точками Δg.
Современные гравиметры используют электронные датчики для измерения колебаний груза и встроенные микроконтроллеры для обработки данных. Они позволяют достигать высокой точности измерений порядка 0,01–0,1% от измеряемого значения.
Такие характеристики делают гравиметры незаменимыми приборами в геофизических исследованиях, при поиске полезных ископаемых, в инженерной геологии, а также при картографировании аномалий гравитационного поля Земли.
Области применения
Основные области применения гравиметров:
- Геодезия и картография
- Геофизические исследования
- Геологоразведка
- Метрология
В геодезии гравиметры используются при создании высокоточных цифровых геопотенциальных моделей Земли и определении параметров геоида. Они незаменимы при нивелировании местности и разбивке геодезических сетей.
В геофизике и геологоразведке гравиметрия позволяет обнаруживать аномалии гравитационного поля, вызванные неоднородностями в строении земной коры. Это используется при поисках месторождений полезных ископаемых.
Наконец, в метрологии эталонные гравиметры применяются для поверки и калибровки других гравиметрических приборов.
Рекомендации по выбору гравиметра
При выборе гравиметра для конкретных задач стоит учитывать такие параметры, как диапазон измерений, точность, разрешение по вертикали и горизонтали, мобильность, уровень шумов.
Для высокоточных лабораторных работ подойдут стационарные гравиметры с погрешностью порядка 1 мкГал. Переносные полевые гравиметры имеют погрешность около 10 мкГал, зато отличаются компактностью и мобильностью.
формула земного притяжения
Ускорение свободного падения g, м/с2, вычисляется по формуле:
g = G*M/R^2
где:
- G – гравитационная постоянная, равная 6,67408 × 10−11 м3·кг−1·с−2
- M – масса Земли, 5,9722×1024 кг
- R – радиус Земли, 6 371 008 м
Подставляя численные значения, получаем среднее значение ускорения свободного падения на поверхности Земли равным 9,80665 м/с2.
Поверка и калибровка
Для обеспечения требуемой точности измерений гравиметры необходимо периодически поверять и калибровать с использованием эталонных гравиметров и гравиметрических площадок, где значение силы тяжести известно с высокой степенью достоверности.
Калибровка заключается во внесении поправок в показания прибора таким образом, чтобы привести их в соответствие с эталонным значением ускорения силы тяжести для данной точки.
Перспективы развития гравиметрии
Измерение гравитации и других характеристик гравитационного поля Земли является быстроразвивающейся областью геофизики и метрологии. Создание новых типов сверхчувствительных гравиметрических датчиков открывает широкие возможности для исследования глубинного строения Земли, изучения движений земной коры, решения задач навигации и метрологического обеспечения измерений.
Итак, еще раз вкратце резюмируем о том, как называется прибор для измерения земного притяжения. Гравиметр – это высокоточный прибор для измерения ускорения силы тяжести, вызванного гравитационным притяжением Земли. Измеренные гравиметром значения используются в геодезии, геологоразведке, навигации и других областях, где требуются прецизионные данные о величине и вариациях земного притяжения.
