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