ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ И ФИГУРА ЗЕМЛИ

Гравиметрия (от лат. gravis — «тяжелый») в широком понимании — наука о поле силы тяжести и фигуре Земли. Гравитационное поле отражает характер распределения масс в недрах планеты и тесно связано с ее формой. Гравитационное поле определяет внешнюю баллистику Земли (траектории естественных и искусственных спутников и т.д.).

ИЗ ИСТОРИИ ГРАВИМЕТРИИ

Первые определения гравиметрических характеристик Земли

1. Из закона всемирного тяготения F = (G — гравитаци-

г

онная постоянная) и второго закона Ньютона F = mg следует выражение для ускорения силы тяжести на поверхности шарообразной

Земли с радиусом RE и массой М: g = G-^j.

re 2

  • 2. Измерение ускорения g (среднее значение 9,81 м/с ).
  • — Из наблюдений за свободным падением (Галилей, 1590) получаем g = 2s//2, где s — путь, пройденный за время /. В настоящее время этот принцип использован в абсолютном гравиметре.
  • — Измерения с помощью маятника. Для математического маят-

„ . [Т 4п2/

ника: период Т = 2к — , или g = —=- .

g Tl

  • — Измерения с помощью пружинного гравиметра. Измеряется удлинение пружины, на которой подвешен груз известной массы. Это удлинение пропорционально значению g. Метод обладает достаточно высокой точностью, однако измерения относительные, так как необходимо учитывать изменения температуры, давления, усталость материала.
  • 3. Определение величины гравитационной постоянной G.

Значение гравитационной постоянной G впервые вычислил Кавендиш (1798 г.) на основании закона всемирного тяготения и измерения силы притяжения между телами различной массы с помощью точных крутильных весов

4. Масса Земли М.

По современным оценкам М = 5,977 • 1024 кг.

Другой способ оценки массы Земли основан на так называемом взвешивании гор. Оно состоит в измерении угла отклонения груза от линии отвеса вблизи гор известной массы т и размера. Угол отклонения при этом пропорционален т/М (Грушинский, Грушинский, 1985).

5. Средняя плотность Земли.

Поверхностные породы имеют плотность р = 2,5—3,5 г/см3, плотность воды р = 1 г/см3, такое значение средней плотности означает, что плотность Земли возрастает с глубиной.

Ньютон полагал (еще до определения массы Земли): «как бы ни образовывались планеты, в то время, когда они были жидкими массами, все более тяжело вещество осело к центру... Обычное вещество на поверхности нашей Земли приблизительно в два раза тяжелее воды, а несколько глубже, в шахтах, находят вещество в три, четыре и даже пять раз тяжелее... Количество всего вещества в Земле может быть в пять или шесть раз больше, чем его было бы, если бы Земля полностью состояла из воды» (цитата по книге Бул- лена, 1978).

6. Момент инерции Земли.

Момент инерции характеризует инертность тела при вращательном

движении. I = ^jmir2 = Jr2p(r)dV . Чем ближе масса к оси вращения,

/ v

тем меньше I. Для однородного шара радиуса г: I = 0,4тг.

Момент инерции определяют по величине прецессии земной оси, происходящей вследствие взаимодействия со спутниками и Луной. Экспериментально определенный момент инерции Земли /Е меньше, чем момент инерции /о однородного шара такого же размера и массы

Это еще раз подтверждает, что плотность внутри Земли возрастает. Вопрос, как именно возрастает, обсудим ниже.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >