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Centro Nacional de Metrología
Alfredo Esparza Ramírez
Centro de Geociencias, UNAM
Dr. Jorge Arzate Flores
Marzo/2017
MEDICIÓN ABSOLUTA DE LA ACELERACIÓN
DE LA GRAVEDAD
LABORATORIO NACIONAL DE
MICRO-GRAVIMETRÍA
1. Actividades realizadas a julio de 2016
a) Establecimiento del laboratorio de μ-gravimetría: masa inercial,
controles de temperatura y humedad
b) Adquisición de un gravímetro relativo, un gravímetro para
mediciones absolutas (CG5 y FG5X-252 ambos en operación) y un
sistema de georreferenciación GPS. Cubiertos los requisitos
metrológicos internacionales
c) Comparación con otro gravímetro para validar resultados obtenidos
(FG5X-220 de la Universidad de Leibniz Alemania)
d) Definición de los sitios para el monitoreo de los valores de la
aceleración de la gravedad absoluta con precisión de 2 x10-8 ms-2
dentro y fuera del Bloque de Jalisco.
e) Redacción de informe para publicación de un artículo con refereo
internacional
Método Primario (CCM-WGG)
Resolución de la primera reunión del Comité Consultivo en Masa y Magnitudes derivadas –Grupo de trabajo sobre Gravedad (CCM –WGG) y del Grupo de Estudio sobre Comparaciones con Gravímetros absolutos (SGCAG)
(26-27 Mayo de 2004, BIPM)
Reconoció: a) El método balístico absolutoPara la medición de la aceleración de la gravedad como :
Método primario
Medición absoluta de g
Se mide el valor con relación a las unidades base del SI
(tiempo-distancia)
Originalmente se utilizaban los péndulos …
g
lπT 2
m
l
T
Incertidumbre : 10-4m·s-2 a 10-6m·s-2
1906 – Kuhnen y Furtwangel del Instituto Geodésico de Potsdam
Los resultados fuero utilizados como de referencia (Potsdam Gravity System) Conferencia de la I.A.G. en Londres (1908)
Métodos
Caída simple
Propuesto por Mrs. Volet (Directora del BIPM) en 1947
t
z
t
z
Primer instrumento trasportable realizado por Hammond y Faller (1967)
Tiro parabólico
Prima realización fija:
•Sakuma del BIPM (Sèvres) (1963)
•Cook del NPL (UK) (1965)
2
2
1gtz
Principio de funcionamiento
ti+1
ti
M2
M1
O
Datos (espacio-tiempo)
Método:mínimos cuadrados
g, g
Ecuacion del movimiento
Ley de movimiento: 432
2462
1ssssss ttgttgttgz
intensidad
tiempoes
paci
o
Gravímetro absoluto de caída libre
4. Laboratorio de μ-gravimetría
FG5X-252, CG5, GPS, Temp y Humedad
Precisión: 10-9 g ( g 9, xxx xxx xX m/s²)
1 µGal
Desplazamientos Verticales de 3 mm (free air correction)
Sin deriva (con trazabilidad a las definiciones del metro y el segundo), Es «transportable »
Georeferenciación via GPS
Mediciones con referencia a las definiciones delmetro y el segundo (SI)
Componentes del gravímetro absoluto
1) El principio de caída libre (free fall)
2) Cámara de vacío (falling mass)
3) Interferometer de Mach-Zehnder (medición de distancia)
4) Reloj atómico (medición de tiempo)
5) Sistema inercial (“superspring”-marco de referencia inercial)
6) Control y electrónica
(detalle de la masa de prueba)
Cámara de vacío e interferómetro
1 franja = l/2 = xi
Para cada xi , a un tiempo medido ti,
La siguiente función son ajustados los datos xi , ti :
- es el gradiente vertical de gravedad (~ -3 µGal/cm),
- c velocidad de la luz,
- x0 la posición inicial,
- v0 la velocidad inicial,
- g0 la aceleración inicial.
c
xxtt
tgtvtg
tvxx
ii
iii
i
)(~
~
24
1~
6
1
2
~~
0
4
0
3
0
2
000
xi , ti , i = 1, …,1000
procesamiento de datos
Prueba « típica » del FG5X-252
1 estación = 3 visitas ( 1 / día ):
1 para instalar
1 de medición
1 de medición y
mover
min. 48 horas
1 gpo = 100 pruebas
~ 17 min.
(1 prueba= 10 s)
Werpin
1 gpo / hora
Resultados de la medición de g con el FG5X-252
18
71.2
10.9
0.0
1.6 0.4
0.2
0.015.7
incertidumbre Instrumento
Efecto Coriolis
Efecto de retroceso piso
Corrección presión barométrica
Corrección por la marea
Corrección de carga Oceánica
Corrección de movimiento Polos
La desviación estándar
Contribución de las fuentes de incertidumbre
Red de g Absoluta en Querétaro
Mediciones Alemania y México
Comparación bilateral Alemania-México en la medición
absoluta de la aceleración de la gravedad
5. Mediciones en campo
Correcciones aplicadas a las mediciones de g:
Debido a las mareas (+/- 100 µGals)
Debido a la carga ocánica (+/- 3 µGal depende del lugar)
Variaciones Barométricas (- 0.3 µGal / hPa)
Debido al movimiento polar (+/- 5 µGal)
Sitios medidos en esta primera campaña