Grawimetr

Grawimetr – urządzenie stosowane do pomiarów przyśpieszenia siły ciężkości. Wyróżniamy grawimetry absolutne (do pomiaru wartości absolutnych) i względne (do określenia różnicy przyspieszenia w różnych miejscach).

Grawimetr absolutny

Początkowo absolutne pomiary oparte były na obserwacji ruchu wahadeł. Pomiary te były długotrwałe i miały dokładność mniejszą niż pomiary względne wykonywane za pomocą grawimetrów statycznych. Dlatego absolutną wartość wyznaczano w kilku wybranych miejscach (np. w Europie Środkowej w Poczdamie) i wartości w innych miejscach określano, mierząc różnice pomiędzy Poczdamem i danym miejscem. Obecnie do pomiarów absolutnych wykorzystuje się pomiar przyspieszenia ciała podczas swobodnego spadku w próżni. Pozwala to na szybkie i dokładne pomiary. Spadającym ciałem jest lustro, którego prędkość jest określana za pomocą laserowego interferometru.

Grawimetr statyczny

Grawimetr statyczny służy do pomiarów względnych przyśpieszenia siły ciężkości. Zasada działania polega, najogólniej na pomiarze zniekształceń sprężystych elementów systemów pomiarowych.

Najprostszy model grawimetru statycznego stanowić może pionowa sprężyna obciążona stałą masą. Zmiana przyśpieszenia siły ciężkości powodują zmienność siły przykładanej do tej sprężyny i tym samym zmiany jej długości. Równanie równowagi statycznej takiego modelu ma następującą postać:

${\displaystyle mg=k(l-l_{0}),}$

gdzie:

${\displaystyle k}$ jest stałą wartością charakterystyczną dla danej sprężyny,

${\displaystyle l}$ – długość sprężyny obciążonej,

${\displaystyle l_{0}}$ – nieobciążonej.

Poprzez różniczkowanie tego równania można dojść do związku liniowego pomiędzy małą zmianą przyspieszenia ${\displaystyle \delta g}$ i zmianą długości sprężyny ${\displaystyle \delta l{:}}$

${\displaystyle \delta g={\frac {g}{l-l_{0}}}\delta l.}$

We współczesnych grawimetrach statycznych znalazł zastosowanie bardziej złożony system pomiarowy.

Grawimetr nadprzewodzący

Zasada działania oparta jest na obserwacji położenia kuli z niobu zawieszonej w polu magnetycznym wytworzonym przez cewki z niobu (niob jest nadprzewodnikiem w bardzo niskich temperaturach). Służy do pomiarów względnych z dużą dokładnością.

Poprawki pomiarów grawimetrami

Poprawki eliminujące wpływ warunków zewnętrznych

• poprawka ze względu na temperaturę – grawimetr powinien być kalibrowany w różnych temperaturach, do obliczeń należy przyjmować współczynnik temperatury. Dla systemu mierzącego stosuje się kompensację i izolację termiczną.
• poprawka ze względu na ciśnienie atmosferyczne – zmiana powoduje zmienne przyciąganie mas atmosfery i deformacje skorupy ziemskiej pod wpływem mas atmosfery. Badamy zależność zmian grawitacji od ciśnienia metodą teoretyczną i eksperymentalną.
• poprawka pływowa – deformacje spowodowane oddziaływaniem Księżyca i Słońca powodują na skorupie ziemskiej rozbieżności 40–60 cm na lądach i 10 cm na oceanach. Aby obliczyć poprawkę wprowadzamy współczynnik grawimetru, przyspieszenie ziemskie, paralaksę równikową i odległości zenitalne Księżyca i Słońca.

Poprawki instrumentalne

• nieliniowość skali licznika grawimetru – wyznaczana podczas kalibracji i dodawana do odczytu grawimetru.
• poprawka chodowa – dryft polega na zmianie miejsca zera grawimetru i dlatego wprowadzamy czas pomiaru. W celu ustalenia poprawek, obserwacje na tych samych punktach powtarzamy w określonych odstępach czasu.