geoid Figura Pământului este suprafața teoretică a planetei noastre, determinată de nivelul mediu al oceanelor și cu o formă destul de neregulată. Matematic este definit ca suprafața echipotențială a potențialului gravitațional efectiv al Pământului, la nivelul mării.
Deoarece este o suprafață imaginară (nematerială), traversează continentele și munții, ca și cum toate oceanele ar fi conectate prin canale de apă care trec prin mase terestre..
Pământul nu este o sferă perfectă, deoarece rotația în jurul axei sale îl transformă într-un fel de bilă turtită de poli, cu văi și munți. De aceea, forma sferoidă este încă inexactă.
Aceeași rotație adaugă o forță gravitațională a Pământului o forță centrifugă, a cărei forță rezultantă sau efectivă nu indică centrul Pământului, dar are un anumit potențial gravitațional asociat cu acesta..
În plus, accidentele geografice creează nereguli în densitate și, prin urmare, forța gravitațională de atracție în unele zone încetează cu siguranță să fie centrală..
Așadar, oamenii de știință, începând cu C. F. Gauss, care a conceput geoidul original în 1828, au creat un model geometric și matematic pentru a reprezenta suprafața Pământului mai precis..
Pentru aceasta, un ocean este presupus în repaus, fără maree sau curenți oceanici și cu densitate constantă, a cărui înălțime servește drept referință. Se consideră că suprafața Pământului se ondulează ușor, crescând acolo unde gravitația locală este cea mai mare și scufundându-se atunci când scade.
În aceste condiții, accelerația gravitațională efectivă trebuie să fie întotdeauna perpendiculară pe suprafața ale cărei puncte sunt la același potențial și rezultatul este geoidul, care este neregulat deoarece echipotențialul nu este simetric.
Indice articol
Pentru a determina forma geoidei, care a fost rafinată de-a lungul timpului, oamenii de știință au efectuat multe măsurători, ținând cont de doi factori:
- Primul este că valoarea lui g, câmpul gravitațional al Pământului echivalent cu accelerația gravitației, depinde de latitudine: maxim la poli și minim la ecuator.
- Al doilea este că, așa cum am spus mai devreme, densitatea Pământului nu este omogenă. Există locuri în care crește, deoarece rocile sunt mai dense, există o acumulare de magmă sau există o mulțime de pământ la suprafață, cum ar fi un munte de exemplu.
Unde densitatea este mai mare, g la fel este. Rețineți că g este un vector și de aceea este notat cu bold.
Pentru a defini geoidul, este necesar potențialul datorat gravitației, pentru care câmpul gravitațional trebuie definit ca forța gravitațională pe unitate de masă.
Dacă o masă de testare m este plasat în câmpul menționat, forța exercitată de Pământ asupra acestuia este greutatea sa P = mg, prin urmare magnitudinea câmpului este:
Forța / masa = P / m = g
Știm deja valoarea sa medie: 9,8 m / sDouă iar dacă Pământul ar fi sferic, ar fi îndreptat spre centrul său. În mod similar, conform legii gravitației universale a lui Newton:
P = Gm M / rDouă
Unde M este masa Pământului și G este constanta universală a gravitației. Apoi magnitudinea câmpului gravitațional g este:
g = GM / rDouă
Seamănă mult cu un câmp electrostatic, deci poate fi definit un potențial gravitațional care este analog cu electrostaticul:
V = -GM / r
Constanta G este constanta universală a gravitației. Ei bine, se numesc suprafețele pe care potențialul gravitațional are întotdeauna aceeași valoare suprafețe echipotențiale Da g este întotdeauna perpendiculară pe ele, așa cum am spus mai înainte.
Pentru această clasă specială de potențial, suprafețele echipotențiale sunt sfere concentrice. Lucrarea necesară pentru a muta o masă pe ele este zero, deoarece forța este întotdeauna perpendiculară pe orice cale de pe echipotențială.
Deoarece Pământul nu este sferic, accelerația gravitației trebuie să aibă o componentă laterală gl datorită accelerației centrifuge, cauzată de mișcarea de rotație a planetei în jurul axei sale.
Următoarea figură arată această componentă în verde, a cărei magnitudine este:
gl = ωDouăla
În această ecuație ω este viteza unghiulară de rotație a Pământului și la este distanța dintre punctul de pe Pământ, la o anumită latitudine și axă.
Și în roșu este componenta care se datorează atracției gravitaționale planetare:
gsau = GM / rDouă
Ca rezultat, prin adăugarea de vectori gsau + gl, apare o accelerare rezultată g (în albastru) care este adevărata accelerație a gravitației Pământului (sau accelerația efectivă) și că, așa cum vedem, nu indică exact spre centru.
În plus, componenta laterală depinde de latitudine: este zero la poli și, prin urmare, câmpul gravitațional este maxim acolo. La ecuator se opune atracției gravitaționale, reducând gravitația efectivă, a cărei magnitudine rămâne:
g = GM / rDouă - ωDouăR
Cu R = raza ecuatorială a Pământului.
Acum se înțelege că suprafețele echipotențiale ale Pământului nu sunt sferice, ci iau o formă astfel încât g fii întotdeauna perpendicular pe ele în toate punctele.
Iată al doilea factor care afectează variația câmpului gravitațional al Pământului: variațiile locale ale gravitației. Există locuri în care gravitația crește deoarece există mai multă masă, de exemplu pe dealul din figura a).
Sau există o acumulare sau un exces de masă sub suprafață, ca în b). În ambele cazuri există o înălțime în geoid, deoarece cu cât este mai mare masa, cu atât este mai mare intensitatea câmpului gravitațional..
Pe de altă parte, peste ocean, densitatea este mai mică și, în consecință, geoidul se scufundă, așa cum vedem în stânga figurii a), deasupra oceanului..
Din figura b) se mai poate observa că gravitația locală, indicată cu săgeți, este întotdeauna perpendiculară pe suprafața geoidului, așa cum am spus. Acest lucru nu se întâmplă întotdeauna cu elipsoidul de referință.
Figura indică, de asemenea, cu o săgeată bidirecțională, diferența de înălțime dintre geoid și elipsoid, care se numește ondulare y este notat ca N. Ondulațiile pozitive sunt legate de masa în exces și ondulațiile negative cu defectele.
Ondulațiile nu depășesc aproape niciodată 200 m. De fapt, valorile depind de modul în care este ales nivelul mării care servește drept referință, deoarece unele țări aleg diferit în funcție de caracteristicile lor regionale.
-Pe geoid potențialul efectiv, rezultatul potențialului datorat gravitației și al potențialului centrifugal, este constant.
-Forța gravitațională acționează întotdeauna perpendicular pe geoid și orizontul este întotdeauna tangențial la acesta.
-Geoidul oferă o referință pentru aplicații de cartografiere de înaltă precizie.
-Folosind geoidul, seismologii pot detecta adâncimea la care se produc cutremurele.
-Poziționarea GPS-ului depinde de geoidul care trebuie utilizat ca referință.
-Suprafața oceanului este, de asemenea, paralelă cu geoidul.
-Cotele și coborârile geoidului indică excesele sau defectele de masă, care sunt anomalii gravimetrice. Când este detectată o anomalie și în funcție de valoarea acesteia, este posibil să se deducă structura geologică a subsolului, cel puțin până la anumite adâncimi..
Aceasta este baza metodelor gravimetrice în geofizică. O anomalie gravimetrică poate indica acumulări de anumite minerale, structuri îngropate în subteran sau chiar spații goale. Domurile de sare din subsol, detectabile prin metode gravimetrice, sunt indicative în unele cazuri ale prezenței uleiului.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.