13. Сущность баллистического способа измерения силы тяжести. Особенности баллистических гравиметров (интерферометров).
Баллистический метод основан
на зависимости времени падения тел в
вакууме (t) от значения силы тяжести (g):
,
откуда
,
(2.45) где h - высота, с которой падает объект
при нулевой начальной скорости. Кроме
того, как было установлено, величины h
и t нельзя
отсчитывать от начала падения, так как
при освобождении тело может получить
дополнительное ускорение. Наиболее
приемлемым оказалось бросать тело вверх
и измерять время, за которое тело проходит
определенный участок пути при подъеме
и падении.
Рис. 2.11. Схема баллистического интерферометра для определения абсолютных значений силы тяжести.
В этом случае формула для расчета
значения g достаточно
проста:
,
где t1 и t2
- промежутки времени между пересечениями
телом специальных щелей при движении
его вверх и вниз.
Баллистические гравиметры-интерферометры используются сейчас для геодезических измерений и для создания опорных гравиметрических сетей.
/Особенности приборов/ измеряют g с точностью ±0,02 мгл,
время цикла измерений ≈ 40 мин,
вес приборов от 200 до 600кг,
применяются для создания опорных сетей
_______________________________________________________________________________________
14. Струнный способ измерения силы тяжести . Особенности струнных гравиметров.
Струнный метод основан на измерениях собственных поперечных колебаний струны, натянутой грузом. Если подвесить массу на тонкой металлической нити (струне), то натяжение струны и соответственно период колебаний будут зависеть от веса массы, длины и веса струны. При постоянных параметрах струны и груза изменения силы тяжести проявляются в изменении частоты колебаний струны.
Частота колебаний (f) идеально гибкой
струны определяется:
(2.47), где L - длина струны, M - масса груза,
подвешенного на струне,
- линейная плотность струны (г/см).
Рис..
Общая схема устройства струнного
гравиметра
Отсюда:
.
Этот принцип в абсолютных измерениях
не используется из-за сложностей
определения эффективной длины реальной
струны.
Для относительных измерений используется схема, приведенная на рис. Груз 1 подвешен на струне 2, проходящей между полюсами постоянного магнита 3, поэтому колебания струны приводят к возникновению в ней переменного тока. Чтобы ток не затухал, струна включена в контур с положительной обратной связью, образуя струнный генератор.
Частота струнного генератора умножается и сравнивается с частотой эталонного генератора. Для устранения продольных колебаний струны применяется электромагнитное демпфирование при помощи постоянных магнитов 4, возможность маятниковых колебаний ограничивают плоские горизонтальные пружины.
Изменение напряженности поля Δg
связано с изменением частоты колебаний
струны Δf квадратичной
зависимостью:
,
где
,
.
M - масса груза, l – длина струны, σ – плотность материала струны, S – площадь поперечного сечения струны, R – величина, зависящая от параметров вспомогательных пружин.
Достоинства струнного гравиметра – практически неограниченный диапазон измерения и малая зависимость частоты колебаний струны от температуры, а также простота измерений и цифровой регистрации. Недостатки струнного гравиметра – слабая устойчивость к влиянию вибраций и других инерционных помех, а также нелинейная зависимость между Δg и f.
Струнные гравиметры применяют для измерений в скважинах и иногда – на самолетах и морских судах.
/Особенности приборов/ измеряют Δg с точностью ±0,02 мгл,
время цикла измерений ≈ 2 мин,
общий вес приборов 20 кг,
_______________________________________________________________________________________