Як гравіметри вимірюють силу гравітаційних полів

Гравіметри — прилади, що використовуються для вимірювання напруженості гравітаційного поля. Вони зазвичай використовуються в геофізиці та астрофізиці для вивчення розподілу маси таких об’єктів, як планети, супутники та астероїди. Гравіметри вимірюють прискорення сили тяжіння, тобто швидкість, з якою об’єкт тягнеться до центру планети чи іншого масивного тіла.

Існує кілька типів гравіметрів, зокрема:

1. Пружинні гравіметри: ці прилади використовують пружину для вимірювання сили тяжіння. Пружина підвішена до фіксованої точки, і її довжина змінюється, коли вона тягне вниз силою тяжіння. Зміну довжини можна виміряти, щоб визначити силу гравітаційного поля.
2. Гравіметри з крутильними вагами: у цих приладах використовуються торсійні ваги для вимірювання крутного моменту (сила скручування), викликаного гравітаційним полем. Торсійні ваги складаються з двох гир, які підвішені до нерухомої точки, і вони обертаються один навколо одного, коли їх тягне вниз сила тяжіння. Величину обертання можна виміряти, щоб визначити силу гравітаційного поля.
3. Лазерні інтерферометри-гравіметри: ці інструменти використовують лазери для вимірювання відстані між дзеркалами, які підвішені до фіксованої точки. Відстань змінюється, коли гравітаційне поле притягує дзеркала, і зміну відстані можна виміряти, щоб визначити силу гравітаційного поля.
4. Гравітаційна градіометрія: ця техніка використовує мережу датчиків для вимірювання градієнта гравітаційного поля на великій території. Датчики зазвичай розташовані у вигляді сітки, і вони вимірюють силу гравітаційного поля в різних точках сітки. Дані з датчиків можна об’єднати, щоб створити карту гравітаційного поля.

Гравіметри мають широкий спектр застосувань, зокрема:

1. Геофізика. Гравіметри можна використовувати для вивчення внутрішньої структури Землі, наприклад розподілу щільності мантії та кори. Їх також можна використовувати для вивчення руху тектонічних плит і формування землетрусів.
2. Астрофізика. Гравіметри можна використовувати для вивчення розподілу маси небесних об’єктів, таких як планети, супутники та астероїди. Їх також можна використовувати для вивчення гравітаційного поля чорних дір та інших екстремальних астрофізичних середовищ.
3. Навігація. Гравіметри можна використовувати для підвищення точності навігаційних систем, наприклад тих, що використовуються в літаках і кораблях. Вимірюючи силу гравітаційного поля, навігатори можуть точніше визначати своє положення та швидкість.
4. Геотехнічна інженерія: гравіметри можна використовувати для вимірювання щільності ґрунту та гірських порід, що важливо для проектування фундаментів та інших будівельних конструкцій. Вони також можуть бути використані для моніторингу руху будівель та інших споруд у часі.