Способы измерения силы тяжести

Первым величину земного ускорения экспериментально определил Галилей в 1590 г., наблюдая за падением тел с верхнего этажа Пизанской башни. Если измерить время падения t и пройденный телом путь S то значение g можно рассчитать из формулы:

S=gt² / 2

Во времена Галилея этот способ позволял получить только очень приближенные значения силы тяжести. К нему вернулись лишь недавно, когда появилась возможность измерять время с точностью до 10־ ¹⁰ с и повысить точность измерения пройденного пути. Баллистические гравиметры, использующие эти достижения, дают возможность определять абсолютное значение ускорения свободного падения с погрешностью до 10^-9 его величины. Однако, эти приборы пока очень дорогие и громоздкие.

Ускорение свободного падения можно измерять с помощью колеблющегося маятника, исходя из соотношения:

T = π √ l / g

где Т - период качания маятника; l - длина маятника.

Чтобы измерить ускорение свободного падения с предельной для маятниковых гравиметров точностью ± 1 мГл, приходится проводить наблюдения на одном пункте в течение 13 ч, так как лишь при большом числе колебаний можно оценить период Т с требуемой точностью.

Указанные методы позволяют осуществлять абсолютные измерения силы тяжести и используются в гравиметрии в научных целях.

В разведочной геофизике осуществляют относительные измерения силы тяжести – пружинными гравиметрами. Эти приборы портативны и позволяют получать значение ускорения свободного падения со средней квадратической погрешностью до ±0, 02 мГал, затрачивая на каждое наблюдение 1...2 мин.

В гравиметрах используют принцип пружинных весов (рис. 4.3). Если на чувствительной пружине подвесить грузик массой m, то под действием силы тяжести, т. е. веса грузика (Р = m g), пружина растянется на некоторую длину l. Если в каком-то другом пункте измерения сила тяжести возрастет, то растяжение пружины увеличится, если же сила тяжести уменьшится - растяжение сократится. Таким образом, измеряемая величина Δ g приращения силы тяжести по отношению к исходной точке (в милиГалах) будет пропорциональна изменению длины пружины l (в сантиметрах).

Для измерения силы тяжести на море созданы донные гравиметры с дистанционным управлением, а также приборы, работающие на движущихся судах с точностью до первых миллиГал.

Для воздушной съемки разработаны аэрогравиметры, позволяющие измерять поле силы тяжести со среднеквадратической погрешностью до ± 0, 4 мГал.