ثقل سنجی

 نیروی قدرتمند جاذبه زمین همه اشیا را به سمت خود می کشد و بنابر این اگر جسمی در مجاورت زمین رها شود به سمت مرکز زمین شتاب می گیرد که این شتاب برای همه اجسام در یک نقطه خاص دقیقا یکسان می باشد ما این شتاب را با “g” نشان داده و آن را شتاب جاذبه نام می گذاریم .
در مقاله “ شتاب گرانشی زمین “ نشان دادیم که مقدار g در همه نقاط زمین دقیقا یکسان نیست و علت آن را هم توضیح دادیم . آنچه در این مقاله در مورد آن بحث میکنیم اندازه گیری بسیار دقیق مقدار g درنقاط مختلف زمین و کاربردهای آن می باشد که این عمل “ثقل سنجی” نامیده می شود .
قبل از توضیح در مورد ثقل سنجی توضیحی کوتاه در مورد مقاله های قبلی که در مورد گرانش در فصل گرانش منتشر کردیم داده و مقاله اصلی را از فصل دوم شروع می کنیم .در انتها هم دربخش پایانی مروری به بخش های مختلف میکنیم .

۱- گرانش و مسائل مرتبط با آن

چرا زمین همه چیز را به طرف خودش می کشد؟ نیروی جاذبه زمین چیست؟ ستارگان و سیارات چگونه در آسمان معلق هستند و سقوط نمی کنند؟ و… این سوالات که برای ما بچه گانه هستند هزاران سال ذهن بشر را مشغول کرده یود .تا آن که سرانجام با کوشش دانشمندان و روشنفکران ابرها به کناری رفتند رازهای سر به مهر یکی پس از دیگری آشکار شدند . در این بخش به عنوان مقدمه این مقاله توضیح بسیار کوتاهی در مورد آنچه از گرانش و نیروی جاذبه تا کنون گفته ایم می دهیم .
در مقاله هائی که در مورد گرانش تهیه شده ما این مقاله ها را در سه فصل تهیه کردیم و در هر مقاله توضیحات کوتاهی در مورد مقاله های قبلی به همراه لینک آنها قرار می دهیم . قبل از مطالعه کامل مقاله حاضر مقاله های قبلی را هم مرور کنید .

۱) فصل اول گرانش

در فصل اول گرانش از تاریخچه گرانش و زندگی نیوتن شروع کرده و بعد از توضیح چند اصطلاح فیزیکی و ریاضی فرمول ها و نحوه عملکرد گرانش را در جهان هستی مورد مطالعه قرار دادیم . تعداد ۱۲مقاله دراین فصل منتشر شده است که برای مطالعه ودسترسی کامل به لینک آنها به صفحه “جمع بندی مقاله های فصل هفتم (گرانش۱) “ مراجعه کنید . در ادامه فقط به نام مقاله ها اشاره می کنیم .

۲) مقاله های فصل اول گرانش

مقاله های فصل اول گرانش به ترتیب به این صورت می باشد .
 تاریخچه گرانش ، زندگینامه نیوتن ، نیوتن و گرانش ، قانون جاذبه عمومی نیوتن ، مکانیک مداری و قوانین کپلر(۱) ، مکانیک مداری و قوانین کپلر(۲) ، ماهواره ، گرانش و انرژی ، کمک گرانشی ، نیروهای کشندی(۱) ، نیروهای کشندی(۲) و نقاط لاگرانژی
برای مطالعه هر کدام بر روی آن کلیک کنید .
در این مقاله ها ابتدا از تاریخچه نجوم و گرانش شروع کرده و بعد به زندگی نیوتن و چگونگی کشف قانون جاذبه عمومی پرداخته و در مقاله های بعد به ترتیب قانون گرانش عمومی و بعد پدیده ها و مسائل در ارتباط با گرانش را مورد بررسی قراردادیم.

۲- مقاله های فصل دوم گرانش

در فصل هفتم “جمع بندی مقاله های فصل هفتم(گرانش۱) “ از تاریخچه گرانش و زندگی نیوتن و… شروع کرده و تعدادی مقاله در این رابطه روی سایت قرار دادیم و به علت زیاد بودن مقاله ها تصمیم گرفته شد که مقاله های دیگر را در ارتباط با گرانش در فصل هشتم   “جمع بندی مقاله های فصل هشتم(گرانش۲) “ روی سایت قرار دهیم .این فصل در واقع ادامه فصل هفتم می باشد .
در این فصل با مقاله  “ گرانش سطحی “ شروع کرده و مطالبی هم که در مقاله های دیگر نوشتیم به نحوی در ارتباط با گرانش سطحی می باشد که در این بخش به صورت خیلی خلاصه شرح می دهیم .

۱) گرانش سطحی

نیروی گرانش در سطح اجسام بزرگ سماوی (ستارگان و سیارات و…) همه اجسام را به طرف مرکز جذب می کند و این باعث ایجاد شتابی به این اجسام می شود که تقریبا در تمام نقاط و ارتفاع نزدیک به سطح جسم عظیم مرکزی به یک اندازه می باشد . این شتاب را در اصطلاح نجومی شتاب گرانش سطحی می نامند . و در مکانیک با “g” نشان می دهیم . در مقاله “ گرانش سطحی “ به این موضوع خواهیم پرداخت  .

۲) چاه بی انتها(تونل جاذبه)

چاهی که از یک نقطه زمین حفر شده و از سمت دیگر بیرون بیاید را در اصطلاح چاه بی انتها(یا تونل جاذبه) می گویند.حال اگر کسی درون این چاه بیفتد تاکجا حرکت کرده و در کجا متوقف می شود؟ چه مدت طول می کشد تا متوقف شود؟ و… این مسئله اغلب به عنوان یکی از مسائل فیزیک و مکانیک به دانش آموزان و دانشجویان فیزیک ارائه شده و می شود . در مقاله “چاه بی انتها“ نشان دادیم این حرکت نوعی حرکت نوسانی است و با استفاده از فرمول های نوسان دوره تناوب و سرعت ماکزیمم را حساب کردیم .

۳) سرعت فرار

اگر پرتابه ای را به بالا پرتاب کنیم بعد از مدتی به زمین برگشته و روی زمین سقوط می کند حال اگر سرعت پرتاب ، پرتابه به اندازه کافی زیاد باشد (با صرف نظر کردن از مقاومت هوا) پرتابه برای همیشه از زمین دور می شود و در این صورت به سرعت فرار می رسد. “در مقاله “ سرعت فرار “ در مورد سرعت فرار و ابعاد محتلف آن و پدیده های در ارتباط با آن توضیح می دهیم.

۴) صعود

فرار ازجاذبه زمین و رفتن به آسمان و دستیابی به کرات آسمانی یکی از آرزوهای بشر نخستین و انسان متمدن بوده و هست. شاید به نظر برسد که در دوران مدرن خروج از زمین و جاذبه زمین کاری سهل و ساده می باشد.در مقاله “صعود “نشان می دهیم که فرار ازجاذبه زمین سخت ترازچیزی می باشد که فکر میکنیم.

۵) فرود

فضاپیمائی را در نظر بگیرید که به سفر فضائی (ماه و مریخ و… مدار زمین)رفته و قصد بازگشت به زمین را دارد . به نظر می رسد که این کار(فرود بر روی زمین و همچنین کرات دیگر)سهل و ساده بوده و هیچگونه تکنولوژی بالائی نیاز ندارد . در این مقاله نشان می دهیم که چنین نیست. و این کار اگر به درستی انجام نشود می تواند منجربه نابودی فضاپیما وکشته شدن فضانوردان شود.درمقاله “فرود “ این مسئله را موردبررسی قرارمیدهیم.

۶) شتاب گرانشی زمین

شتاب گرانشی زمین (g)در همه جای زمین یکسان نیست و تفاوت دارد . این تفاوت ها اگر چه ناچیز است ولی اهمیت زیادی در علوم مختلف دارد اندازه گیری دقیق(g)را ثقل سنجی می گویند در مقاله“شتاب گرانشی زمین “ درمورد اندازه گیری دقیق(g)و علت اختلاف آن در نقاط مختلف زمین و کاربرد آن توضیح می دهیم.

۳- گرانش سطحی زمین به چه عواملی بستگی دارد؟

شتاب گرانش سطحی زمین شتابی است که به همه اجسام پیرامون زمین به یک اندازه وارد می شود و ما آن باg نشان می دهیم . مقدار g در روی زمین تفریبا ۹/۸ متر بر مجذور ثانیه می باشد و این به این معنی است که هر جسم که در نزدیکی سطح زمین رها شود با شتاب ۹٫۸m/S² به سمت مرکز زمین سقوط می کند.
در مقاله “شتاب گرانشی زمین “نشان دادیم که مقدار g در جاهای مختلف زمین متفاوت می باشد و دلائل این پدیده را هم توضیح دادیم دراین بخش توضیحی کوتاه و فشرده درمورد این پدیده خواهیم داشت. 

۱)چرا مقدار g در نقاط مختلف زمین با هم تفاوت دارد؟

 اگر کره زمین یک کره کامل و صیقلی و همگن (منظور از همگن بودن یک جسم این است که چگالی آن در همه جای جسم یکسان باشد) بود و همچنین حرکت وضعی نداشت یعنی به دور محور خود نمی چرخید. در آن صورت مقدار g زمین در همه جای زمین یکسان بود ولی می دانیم که چنین نیست زمین کره ای کامل نبوده و شعاع استوائی آن بیش از۲۱کیلومتر ازشعاع قطبی آن بیشتر می باشد همچنین در روی زمین پستی و بلندی های زیادی به چشم می خورد و زمین در مدت یک شبانه روز یک دور به دورخود می چرخد . مجموعه ای از این عوامل سبب شده است که مقدار g درهمه جای زمین یکسان نباشد وتفاوت های ناچیزی با هم داشته باشد.(درشکل شماره یک به صورت خیلی فشرده دلیل این تفاوت ها نشان داده شده است.)

شکل شماره ۱ – دلیل تفاوت مقدار g در نقاط مختلف زمین

۲)میزان این تفاوت چقدر است؟

حداکثر تفاوت بین بیشترین و کمترین مقدار g در مناطق مختلف زمین حدود ۷/درصد می باشد(۹/۷۸۰ تا ۹/۸۳۲) نکته ای دیگر که بسیار مهم می باشد این است که اگر اندازه گیری ها دقیق و در حد میلونیم اعشار باشد نه تنها مقدار g در نقاط مختلف زمین با همدیگر تفاوت دارند بلکه مقدار g حتی در یک نقطه هم می تواند ثابت نبوده و به دلائل مختلف که در بخش های بعد ذکر می شود تغییر کند .

۳) این تغییرات چقدر مهم می باشد؟

شاید در نگاه اول اینطور به نظر برسد که چون این تغییرات بسیار کم(کمتر از یک درصد) می باشند اندازه گیری آنها خیلی مهم نباشد ولی وافعیت این است که همین اختلافات ناچیز پایه بسیاری از کشفیات ما در باره ساختمان درونی زمین و معادن مختلف و…می باشد.این اطلاعات مورد استفاده زمین شناسان و مهندسان معدن و عمران و…قرار می گیرد همچنین برای پیش بینی آتشفشان ها وشناسائی مناطق زلزله خیزو …کشف میدان های نفتی و…مورد استفاده قرار می گیرد که در بخش های بعد به تفصیل در باره آن توضیح می دهیم .

۴) آیا این تفاوت های جزئی قابل اندازه گیری می باشد؟

امروزه دستگاه های بسیار دقیقی ساخته شده است که مقدار g را در هر نقطه و در هر ساعت با دقت چند میلونیوم و حتی میلیاردیم اعشار نششان می دهد . همچنین به کمک هواپیما و ماهواره هم مقدار g را در نقاط مختلف زمین با دقت حتی بیشتر اندازه گرفته و بدین وسیله اطلاعات گرانبهائی در باره ساختمان و جنس لایه های مختلف زمین کسب کرده که در بخش های بعد در مورد آن توضیح می دهیم .

۴- گرانش زمین و ساختار زمین شناسی منطقه

در مقاله  “شتاب گرانشی زمین “ دیدیم که مقدار g در همه جای زمین یکسان نیست و به عوامل مختلفی همچون عرض جغرافیائی و ارتفاع از سطح دریا و عمق بستگی دارد و دلائل آن را نیز بررسی کردیم .
در این بخش در مورد نقش اجسام عظیم موجود در روی زمین و زمین شناسی منطقه و لایه های مختلف زمین در تفاوت مقدار g در نقاط مختلف توضیح می دهیم . و در بخش های بعد در مورد اهمیت این اندازه گیری ها و روش های اندازه گیری دقیق شتاب جاذبه مفصل توضیح می دهیم .

۱)چگونه اجسام بزرگ در روی زمین بر مقدار g تاثیر می گذارند؟

در روی زمین اجسام غول پیکری وجود دارد که طبق قانون گرانش عمومی می تواند نیروی جاذبه ای بر اجسام دیگر واردکند این اجسام اگر چه نسبت به گرانش زمین گرانش بسیار کمی دارند ولی می توانند جدا از کره زمین نیروهای گرانشی وارد کنندبا وجودی که این نیرو ها محسوس نیست ولی توسط دستگاه های بسیار حساس قابل اندازه گیری می باشد.در این مبان اجسام بسیار غول پیکر(رشته کوه ها و کوه های عظیم الجثه) نه تنها بر مقدار g تاثیر قابل توجهی دارند بلکه بر جهت g نیز تاثیر می گذارند.حتی ساختمان ها و بناهای بزرگ نیز تاثیر بسیار کوچکی بر مقدار g گذاشته که با دستگاه هائی با حساسیت بالا قابل اندازه گیری می باشد .

۲)لایه های زمین و ارتفاعات چه تاثیری دارند ؟

لایه های زمین در مناطق مختلف از مواد متفاوتی ساخته شده اند که چگالی آنها با هم تفاوت دارد . هرچه لایه های زیرین زمین چگال تر باشند نیروی گرانش بیشتری وارد کرده و هرچه چگالی کمتری داشته باشد گرانش کمتری وارد می کند. بنابر این نیروی گرانشی و شتاب گرانشی حتی به جنس لایه های مختلف زمین هم بستگی دارد بنابر این در نقاط نزدیک و هم ارتفاع هم مقدار g تفاوت اندکی با یکدیگر دارد .

۳)تغییرات g دریک مکان

مقدار تغییرات g نه تنها در نقاط مختلف زمین با یکدیگر تفاوت دارند بلکه در یک نقطه مشخص نیز می توانند تغییر کنند دلیل این تغییرات تغییر لایه های زمین در منطقه مورد نظر می باشد این تغغیرات به علت حرکت لایه ها و فعالیت های زمین شناسی منطقه می باشد . و اندازه گیری آنها نقش بسیار مهمی در علوم مختلف در ارتباط با زمین شناسی (مطالعه زمین لرزه ، آتشفشان و…) دارد .

شکل شماره ۲ – ارتباط مقدار g و کوه ها و ارتفاعات اطراف ، نیروی جاذبه وارد شده به ناظر برآیند جاذبه کوه و زمین می باشد

 شکل شماره ۳ – ارتباط مقدار g و لایه های مختلف زمین لایه های چگال تر گرانش بیشتری وارد می کنند

۵- ثقل‌ سنجی

همانطور که گفته شدنیروی گرانشی که عامل ایجاد شتاب گرانش می باشددرنقاط مختلف زمین بر اثر عوامل مختلف(عرض جغرافیائی و عمق و ارتفاع و…)با هم تفاوت دارد. این تفاوت ها حتی در نقاط بسیار نزدیک به همدیگر هم وجود دارد.(بخاطر اختلاف لایه های مختلف زمین و وجود کوه ها و پستی بلندی ها) نظربه این که این تفاوت ها بخصوص در مناطق با ارتفاع و عرض جغرافیائی مشابه بسیار کم بوده اندازه گیری شتاب جاذبه و نیروی ثقل باید توسط دستگاه های بسیارحساس ودقیق گرفته شود.دراین بخش درموردثقل سنجی (Gravimetry) و اهمیت آن درعلوم و تکنولوژی توضیح داده و در بخش های بعد به معرفی روش های اندازه گیری شتاب گرانش و دستگاه هائی که این کار را انجام می دهندخواهیم پرداخت. 

۱)ثقل‌سنجی و اهمیت آن

عملیات اندازه گیری نیروی گرانش و ثقل را ثقل سنجی می گویند. در این روش اندازه‌گیری تغییرات میدان جاذبه زمین در نقاط مختلف آن انجام می‌شود. اندازه گیری شتاب جاذبه و میدان جاذبه اهمیت بسیار زیادی در علوم مختلف دارد به طوری که امروزه دانشمندان و متخصصان با ساختن دستگاه های بسیار دقیق و گران قیمت همه روزه در اقصی نقاط جهان به ثقل سنجی مشغول بوده و نقشه های متعددی در این رابطه تهیه می کنند ثقل سنجی در رشته های مختلف مرتبط با علم و تکنولوژی کاربرد دارد که در ادامه به معرفی بعضی از این رشته ها و استفاده ای که متخصصان و دانشمندان از داده های ثقل سنجی می کنند خواهیم پرداخت .

۲)توپوگرافی چیست ؟

توپوگرافی به خطوط هم ترازی گفته میشود که موقعیت ارتفاعی زمین را در هر نقطه مشخص میکنند. روش تولید این خطوط بدین صورت است که نقشه بردار تعدادی نقطه از زمین برداشت میکند. این نقاط نقشه ای را درست کرده که ویژگی های فیزیکی سطح زمین و اختلاف ارتفاعات را نشان می دهد . این نقشه ها در مطالعات زمین شناسی به کار می رود .

۳)ثقل سنجی و نقشه های توپوگرافی

یکی ازمهمترین کاربردهای ثقل سنجی درتهیه نقشه های توپوگرافی می باشد این نقشه ها به جغرافیدانان و متخصصان دیگر ( مهندسین راه و جاده سازی و سدسازی و…همچنین مهندسین معدن ) کمک می کند که قبل از هر گونه اقدامی با موقعیت منطقه و جنس لایه های مختلف زمین آشنا شده و سازه خود(سد و جاده و راه آهن و…) را بر آن اساس ایجاد کنند .

۴)ایجاد شبکه ها و ایستگاه های ثقل سنجی

ثقل سنجی در رشته های مختلفی همچون جغرافیا و نقشه برداری ، زمین شناسی ، مهندسی عمران و… از اهمیت بسیار بالائی برخوردار است علاوه بر اندازه گیری میدان جاذبه در یک محل باید تغییرات آن را هم که از تغییرات لایه های زمین ناشی میشود در نظرگرفت این اندازه گیری ها باید با دستگاه های پیشرفته و حجیم که امکان جابجائی آنها مشکل می باشد انجام پذبرد همچنین داده هائی که از نقاط مختلف کشورجمع آوری می شود را باید هماهنگ کرد از این رو به منظور هماهنگی اندازه گیری ها و نصب دائمی ثقل سنج ها در بسیاری از کشورها اقدام به نصب ایستگاه های ثقل سنجی در نقاط مختلف کردند و شبکه های سراسری و هماهنگ ایجاد کرده تا این اندازه گیری ها را پوشش داده و به نحو احسن در کارهای مختلف استفاده کنند. علاوه بر این کشورهای مختلف به منظور استفاده بهینه از داده های ثقل سنجی همه این اطلاعات را در شبکه های بین المللی جمع آوری کرده و به کمک داده های ماهواره ای دقت این اندازه گیری ها را بالا میبرند .

۵)تاریخچه و ایستگاه های ثقل سنجی در ایران

ایران کشوری وسیع و دارای معادن و منابع طبیعی بسیار میباشد کشف و اکتشاف این منابع و معادن(همانند میادین نفتی) کمک بسیار بزرگی به اقتصاد کشور می کند از طرفی ایران ازنظر زمین شناسی کشوری فعال می باشد.گسل ها و مناطق خطرناک بسیاری در کشور وجود دارد که باید تحت نظر باشند(همچنین کوه های آتشفشان) از این رو ایجاد شبکه ها و ایستگاه های ثقل سنجی اهمیت بسیار زیادی در کشور ما دارد و اقدامات زیادی هم در این رابطه شده است.نظر به اهمیت این موضوع در بخش نهم به آن خواهیم پرداخت .

۶) روش های ثقل سنجی

برای اندازه گیری ثقل نقاط مختلف چندین راه وجود دارد که در اینجا به آنها می پردازم و بعد هر کدام را در یک بخش جداگانه مورد بررسی قرار می دهیم .
۶-۱) ثقل سنج های زمینی : در این روش به کمک دستگاه هائی که با دقت بالا شتاب جاذبه زمین را اندازه می گیرند مقدار g را با دقت چند میلونیم اعشار اندازه می گیرند این دستگاه های حجم و سنگین در ایستگاه های ثقل سنجی به طور دائم کار گذاشته می شود و دستگاه های کوچکتر و کم حجم تر و ارزان تر برای مقاصدی که دقت کمتری دارد توسط متخصصان به کار گرفته می شود .
۶-۲)ثقل سنجی ازطریق هواپیما:برای تهیه دقت بالاتردستگاه های ثقل سنج پیشرفته رادر هواپیما های مخصوص قرار داده و به کمک هواپیما نقشه های ثقل سنجی یک منطقه را تعیین می کنند .
۶-۳) ثقل سنجی به کمک ماهواره : امروزه تهیه نقشه های ثقل سنجی زمین بسیار مهم شده و کاربردهای مختلفی دارد تهیه این نقشه ها به کمک ایستگاه های زمینی و حتی هواپیما نیاز متخصصان و دانشمندان را تامین نمی کند از این رو ماهواره های مختلفی (ماهواره های ثقل سنجی) ساخته و به مدار زمین فرستاده شده تا این نیاز را برآورده سازد .
۴-۶) ثقل سنجی به کمک اینترنت : داده های ماهواره های ثقل سنجی و همینطور ایستگاه های زمینی در روی سایت هائی قرار داده شده و همه می توانند با دادن طول و عرض جغرافیائی و ارتفاع از سطح دریا مقدار دقیق شتاب جاذبه (g) را در هر نقطه ای بدست بیاورند.

۷) عوامل ایجادخطا درثقل سنجی

ثقل سنجی برای اندازه گیری نیروی گرانش وارد شده از طرف زمین و لایه های زیر محل اندازه گیری گرانش می باشد ولی عواملی هست که در کار گرانی سنج ها خطا ایجاد می کند و چون اندازه گیری ها بسیار حساس بوده باید عوامل را شناخته و نیرو (یا شتاب جاذبه ) اضافی که وارد می کنند از دستگاه کم کرده  و یا آنها را تعدیل کرد (با استفاده از محاسبات ریاضی و نجومی و جداول مخصوص می توان این نیروهای اضافه را شناسائی کرد) از جمله این عوامل می توان به این موارد اشاره کرد: خطاهای مخصوص دستگاه (خرابی قطعات و…)که باید داده ها را با دستگاه مشابهی چک کرد،نیروهای کشندی ماه و خورشید(نیروهای جزر و مدی) ، اثر عرض جغرافیائی (دستگاه های پیشرفته این اثر را در نظر می گیرد )، تاثیر ارتفاع از سطح دریا و … تاثیر کوه ها و اجسام عظیمی که در نزدیکی دستگاه قرار دارند .    

 ۶- کاربردهای ثقل سنجی

ثقل سنجی در علوم و مهندسی کاربردهای گسترده ای دارد . میدان های جاذبه و شتاب گرانشی زمین ارتباط مستقیمی با جنس لایه های زمین دارد هرچه لایه ها پرجرمتر باشند مقدار شتاب گرانشی بیشتر و هر چه لایه ها کم جرم تر باشند شتاب گرانشی کمتر می باشد دانشمندان و متخصصان از این مسئله اطلاعات گرانبهائی در باره لایه های زمین بدست آورده و استفاده های بی شماری از این مسئله می کنند.در این بخش بعضی از کاربردهای ثقل سنجی را در مهندسی و زمین شناسی و … شرح می دهیم .

۱)کاربردهای ثقل سنجی در نقشه کشی

در نقشه کشی برای رسم نقشه های زمین شناسی و شناسائی ساختار لایه های زمین در یک منطقه نیاز به ثقل سنجی می باشد به کمک ثقل سنجی می توان نقشه های دقیقی از زمین شناسی منطقه تهیه کرده و در اختیار متخصصان مربوطه گذاشت.

۲)کاربردهای ثقل سنجی در مهندسی عمران

برای ساخت سد و جاده مهندسین و متخصصان باید ازجنس لایه های مختلف زمین و یکپارچگی و استحکام آنها اطلاعات کافی داشته باشند و بتوانند لایه های سست را از لایه های مستحکم تشخیص بدهند و بهترین راه کسب این اطلاعات به کمک ثقل سنجی می باشد.همچنین مهندسین آب برای شناسائی منابع آب های زیرزمینی از ثقل سنجی استفاده می کنند.زیرا چگالی آب کمتر بوده و با ثقل سنجی براحتی مشخص میشود.

۳)مهندسی معدن و کشف معادن

شدت میدان جاذبه بستگی به جنس لایه‌ها دارد . معادن فلزات با ارزش و سنگین چگالی بسیار بالاتری از سنگ و خاک معمولی دارند توسط روش های ثقل سنجی و با اندازه گیری میدان های جاذبه می توان بسیاری از این معادن را ردگیری و پیدا کرد .

۴) اکتشاف نفت و گاز

حوزه های نفتی محل هائی هستند که توسط سنگ های نفوذ ناپذیر احاطه شده و این سنگ ها مانع از فرار هیدروکربن های با ارزش می شود(برای پی بردن به به چگونگی تشکیل نفت خام به مقاله “صنعت نفت” مراجعه کنید) درون حوزه های نفتی مملو از نفت و گاز می باشد از آنجائی که نفت و گاز بسیار سبک بوده با گرانی سنجی براحتی می توان حوزه های نفتی را که گرانش کمتری ایجاد می کنند شناسائی کرد .

۵)پیش بینی آتشفشان

 آتشفشان یکی از خطرناک ترین و وحشتناک ترین بلایای طبیعی می باشد. از ابتدای تمدن بشری تا امروز آتشفشان ها جان میلون ها انسان را در جهان گرفته و می گیرد بنابراین دانشمندان باید کوه های آتشفشانی خطرناک (ازجمله دماوند) را پیوسته زیر نظر بگیرند خوشبختانه ثقل سنجی روشی بسیار کار آمد در پیش بینی آتشفشان می باشد زیرا قبل ازفوران آتشفشان مواد مذاب(ماگما) از اعماق زمین به سمت بالا حرکت کرده و در نتیجه نیروی گرانش اندکی افزایش پیدا می کندو با گرانی سنجی دقیق می توان آتشفشان را پیش بینی کرد .

شکل شماره ۴ – یکی از راه های پیش بینی آتشفشان استفاده از ثقل سنجی می باشد

۶)سایر موارد

علاوه برموارد ذکر شده ازگرانیسنجی درموارد بسیار زیادی مانند باستان شناسی و…هم می توان کمک گرفت.

۷- روش های اندازه گیری g(ثقل سنجی)با روش های آزمایشگاهی

روش های مختلفی برای اندازه گیری شتاب جاذبه( g) وجود دارد. بسیاری از این روش ها سنتی بوده و ازقرون گذشته تا امروز استفاده می شده و بسیاری هم مدرن بوده و تنها با دستگاه های پیشرفته انجام پذیرمیباشد.
در این بخش در مورد روش های آزمایشگاهی و سنتی اندازه گیری g (ثقل سنجی) توضیح می دهیم .

۱)روش های اندازه گیری g

جائی که دقت زیادی موردنیاز نباشد می توان از همان روش های ساده و آزمایشگاهی مقدار شتاب جاذبه g را بدست آورد. ولی وقتی دقت زیاد موردنیاز باشد باید ازدستگاه های پیشرفته برای بدست آوردن شتاب جاذبه استفاده کرد . این دستگاه ها به نام گرانی سنج نامیده شده و می تواند مقدار g را بادقت چند میلیاردیم اعشار بدست بیاورد در ادامه به روش های آزمایشگاهی و سنتی خواهیم پرداخت و در بخش بعد به روش های مدرن می پردازیم ولی قبل از آن به تاریخچه اندازه گیری شتاب جاذبه g خواهیم پرداخت .

۲)تاريخچه اندازه گيرى شتاب گرانش زمين

در حدود سال ۱۵۸۹گالیله تاثیر شتاب گرانش زمین را بر روی احسام مختلف بررسی کرد گالیله همچنین کشف کرد که چون در سقوط آزاد همه اجسام با یک شتاب سقوط می کنند اگر از ارتفاع ثابتی رها شوند با هم به زمین می رسند. بعد از کشف قانون جاذبه عمومی توسط نیوتن پیتر بورگه(فیزیکدان و منجم فرانسوی متولد ۱۶فوریه ۱۶۹۸- درگذشته ۱۵ اوت۱۷۵۸)در طی سال های ۴۵-۱۷۳۵اولین کوشش ها را برای اندازه گیری دقیق gدر عرض های جغرافیائی مختلف بدست آورد و نشان داد که مقدار g چگونه با عرض جغرافیائی و ارتفاع و عمق تغییر می کند و توانست بسیاری از فرمول های اولیه را هم بدست بیاورد . اولین دستگاه گرانی سنجی که بادقت بالا قادر به اندازه گیری مقدار دقیق g بود و بر اساس آونگ مرکب کار می کرد در سال ۱۸۱۷توسط كاپيتان هنرى كيتر اختراع شد.اولین گرانی سنج دقیق درسال۱۹۰۱توسط دانشمندی به نام رونالدفون اوتوس اختراع شد و در سال۱۹۰۱روی دریاچه یخی والاتون انجام شد.به تدریج زمین شناسان و سایر دانشمندان توانستند ازدستگاه های گرانی سنجی درکشف معادن و لایه های زمین استفاده کنند و یکی ازمهمترین استفاده های دستگاه های گرانی سنجی اکتشافات حوزه های نفتی شد درسال۱۹۲۲اولین اکتشافات نفت توسط این دستگاه ها انجام شد.درسال۱۹۶۰اولین گرانی سنجی هوائی انجام شد . از سال ۲۰۰۵ تاکنون (۲۰۲۰) گرانی سنجی به روش تحليل داده ها صورت گرفته و روز به روز کاملتر و دقیق تر شده اند ولی همه از اصول خاصی پیروی می کنند .

۳) اندازه گیری g به کمک سقوط آزاد یک وزنه

سقوط آزاد نوعی حرکت شتابدار است که با شتاب ثابت در مجاورت زمین رخ می دهد .در صورتی که یک جسم را در ارتفاع معینی (ارتفاع h)در اطراف زمین رها کنیم . و از مقاومت هوا و نیروهای دیگر (وزش باددر راستای افقی و…) صرف نظر کنیم .جسم در راستای عمودی و تنها تحت تاثیر وزن خود با شتاب ثابت “g” به سمت زمین سقوط می کند که رابطه بین زمان و مسافت پیموده شده و شتاب جاذبه g به این ترتیب می باشد (برای مطالعه در موردحرکت شتابدار و فرمول های آن به مقاله “سینماتیک“ مراجعه کنید)

بنابر این برای اندازه گیری g باید ارتفاع و زمان سقوط یک وزنه را دقیقا بدانیم برای این منظور از دستگاهی مانند شکل شماره ۵ استفاده می کنند )

شکل شماره ۵ – اندازه گیری g براساس زمان سقوط یک وزنه

شکل شماره۶ – دستگاه آزمایشگاهی اندازه گیری شتاب جاذبه g بر اساس سقوط یک وزنه

در شکل شماره ۵درست درلحظه ای که دکمه به کار افتادن دستگاه را فشار میدهیم برق آهن ربای الکتریکی که وزنه را نگهداری کرده قطع می شود و آهن ربا از کار می افتد و بنابراین وزنه شروع به سقوط آزاد می کند همزمان کرنومتری هم به کار می افتد با رسیدن و برخورد کردن وزنه به حسگرسقوط آزاد پایان می پذیرد و همزمان کرنومتر هم ازکار می افتد به این ترتیب زمان سقوط آزاد دقیقا توسط کرنومتر اندازه گیری می شود و فاصله صفحه تا محل نگهداری وزنه هم معلوم است بنابر این مقدار g دقیقا حساب می شود. 

۳) اندازه گیری g به کمک آونگ ساده

اگریک وزنه سنگین را به انتهای ریسمانی سبک و باریک (برای این که از وزن ریسمان صرف نظرکنیم)ببندیم و وزنه را کمی بالا بکشیم به طوری که ریسمان با انتهای قائم زاویه کوچکی بسازد و بعد وزنه را رها کنیم وزنه یک حرکت رفت و برگشت را انجام می دهد.این دستگاه (ریسمان آویخته شده و وزنه) این دستگاه آونگ ساده نام دارد( برای مطالعه در مورد حرکت آونگ ساده و اثبات فرمول آن به مقاله “نوسان” مراجعه کنید) زمان رفت و برگشت آونگ ساده (دوره تناوب ) به جرم وزنه بستگی نداشته و فقط به طول آونگ و شتاب گرانش g بستگی دارد . رابطه بین طول آونگ و دوره تناوب و شتاب گرانش gبه این صورت می باشد . ( شکل شماره ۷)

شکل شماره۷ – آونگ ساده و اجزای آن

ساختن آونگ هم خیلی ساده می باشد.یک نج بلند (هرچه بلندتر باشد بهتر است)که به تکیه گاهی (مثلا شاخه یک درخت) بسته شده و یک وزنه سنگین هم که به انتهای ریسمان بسته شده است تهیه کرده و برای دقت بیشتر وزنه را با زاویه کوچکی رها کرده تا شروع به نوسان کند و تعداد زیادی نوسان (مثلا۲۰،۵۰ یا حتی ۱۰۰) نوسان را شمرده و زمان را با کرنومتری (مانند کرنومتر ساعت مچی یا موبایل) اندازه می گیریم و به تعداد نوسان ها تقسیم کرده تا دوره تناوب دقیق بدست بیاید . طول ریسمان را هم که داشته پس مقدار g طبق فرمول دقیقا محاسبه می شود . ( طول ریسمان را با طول وزنه جمع می کنیم تا L بدست بیاید )
نکته : در این روش جرم ریسمان و مقاومت هوا را ندیده گرفتیم چون ریسمان کوچک و سبک می باشد و دقت بسیار بالا هم در این آزمایش نمی خواهیم پس می توانیم از جرم ریسمان و مقاومت هوا صرف نظر کنیم .      

 ۸ ـ ثقل سنجی با گرانی سنج

نیروی گرانش زمین در نقاط مختلف زمین تفاوت های ناچیزی با یکدیگر دارد .که اندازه گیری این تفاوت های بسیارجزئی کاربرد زیادی در علوم پایه (زمین شناسی و…) و مهندسی (راه و ساختمان و مهندسی نفت و معدن و…)دارد. اندازه گیری این تغییرات به دستگاه های پیشرفته ای نیاز می باشد که مقدارg  را تا چندین رقم اعشار اندازه بگیرد این دستگاه ها را گرانی سنج مینامند که در این بخش در مورد کاربردشان توضیح میدهیم . 

۱) گال (Gal)،میلی گال(mGal)و میکروگال(µGal)

اندازه گیری دقیق g(شتاب جاذبه)نیاز به واحدهای کوچک دارد یکی از واحدها “گال“ (Gal)میباشد. که این واحد از نام گالیله گرفته شده است.گال در واقع واحد شتاب است و یک گال برابر یک سانتیمتر بر مجذور ثانیه می باشد. که برابر است با ۰۱/ متر بر مجذور ثانیه (۱Gal=1 cm/S²=.01 m/S²) و به همین ترتیب میلی گال(mGal) یک هزارم گال و میکروگال (µGal) یک میلونیم گال می باشد
 Gal=0.001Gal= 0.00001 m/S²=10-⁵ m/S²) )=10-⁸ m/S²) —  µGal =0.000001Gal= 0.00000001 m/S²)

۲)چرا دقت بالا؟

نیروی گرانش نیروی همگانی است هر ذره دارای جرم به ذرات دیگر نیروی گرانش وارد می کند نظر به این که گرانش نیروئی ضعیف می باشد این نیرو فقط توسط اجسام عظیم قابل احساس است این نیرو را ما در روی زمین به عنوان وزن می شناسیم که باعث سقوط اشیا با شتاب ثابت g می شود . می دانیم شتاب جاذبه زمین(g)درهمه جای زمین یکسان نبوده وبه عرض جغرافیائی،ارتفاع و عمق بستگی دارد.همچنین به جنس طبقات تشکیل دهنده زمین نیزبستگی دارد هرچند حداکثر تفاوت مقدار g درنقاط مختلف سطح زمین حدود ۷/درصدمی باشد ولی مشخص کردن همین اختلاف کوچک خیلی مهم بوده و کاربرد گسترده ای در بسیاری ازجنبه های علم و تکنولوژی دارد(پیدا کردن معادن و پیش بینی آتشفشان و…)

۳)گرانی سنج چیست؟

گرانی سنج دستگاهی است که مقدارشتاب گرانش زمین(g)  را با دقتی در حد میلی و میکروگال(بسته به نوع و کاربرد دستگاه)اندازه گیری میکند و انواع مختلفی دارد که در ادامه بررسی می کنیم.روش کار گرانی سنج ها بر اساس همان روش هائی می باشد که به صورت سنتی و آزمایشگاهی با آن شتاب جاذبه را اندازه گیری می کنند. (اندازه گیری سقوط آزاد از ارتفاع معین ، آونگ ساده و… )ولی دقت آن به مراتب بیشتر است .
امروزه اين ابزارها در اندازه گيرى ميدان جاذبه با دقت هاى بسيار بالا به كار برده مى شوند. با استفاده از به روزترين گرانى سنج ابررسانا با دقت نانوگال مىتوان هر پديدة قابل تصورى را كه روى گرانى تأثير مىگذارد مورد مطالعه و بررسى قرار داد.

۴)گرانی سنج مطلقAbsolute Gravimeter

گرانی سنج های مطلق بر اساس سقوط آزاد یک جسم و اندازه گیری سرعت آن بعد از یک زمان معین به کمک پرتوهای لیزر کار می کنند . با این وسیله می توان مقدار g را با دقت یک صدم تا یک هزارم میلی گال (میکروگال ) تا دو روز بدون تاثیر از گرانش های محیطی بدست آورد . عیب این دستگاه ها این است که حجیم و سنگین و گران قیمت می باشند و گرنه جزء دقیق ترین دستگاه های گرانی سنج هستند.(گرانی سنج FG-10 یکی از بهترین و دقیق ترین گرانی سنج ها میباشد – شکل شماره ۸ )

شکل شماره ۸ – گرانی سنج FG-10

۵) گرانى سنج نسبىRelative Gravimeter

اساس کار این دستگاه ها بر اساس فنری است که به انتهای یک جسم آویخته شده است.این دستگاه ها تغییرات g را در دو محل مختلف اندازه گرفته و با هم مقایسه می کنند . گرانی سنج های نسبی می توانند در ۵ دقیقه مقدار g را با دقت یک صدم میلی گال اندازه بگیرند . از این دستگاه ها در ایستگاه های گرانی سنجی استفاده می کنند این ایستگاه ها به GPS و شبکه اینترنتی متصل می باشند.مجموعه ای از این ایستگاه ها (ایستگاه های سیار یا دائمی) با مطالعه تغییرات g در یک محل می توانند برای مطالعه و پیش بینی آتشفشان و تغییرات شکل و لایه های زمین بعد از زلزله و… به کار بروند .

۶)گرانی سنج وردن Worden Gravimeter

اساس کار این نوع گرانی سنج ها بر اساس وزنه آویخته به یک فنر ضخیم کار می کند و تغییرات g منجر به تغییرات طول فنر می شود و این با تاباندن نور به یک عدسی ضخیم بدست می آید. انرژی لازم برای تاباندن باریکه نور تنها از یک باطری قلمی تامین می شود.این گرانی سنج ها سبک و ارزان و کم هزینه می باشند.

شکل شماره ۹ – گرانی سنج وردن

۷)گرانى سنج رومبرگ Gravimeter Romberg  

اساس کار این نوع گرانی سنج ها هم بر اساس سیستم فنر و وزنه متصل به فنر می باشد این دستگاه ها قادرند مقدار g را با دقتی در حد میکروگال اندازه بگیرند . کارائی خوب و قیمت مناسب باعث شده این نوع از گرانی سنج ها به طور وسیع در همه رشته های علمی و مهندسی به کار گرفته شده و بنابراین رایج ترین نوع گرانی سنج می باشند . در اکتشافات میدان های نفتی هم از همین نوع گرانی سنج استفاده میکنند.

شکل شماره ۱۰ – گرانی سنج رومبرگ

۸)گرانی سنجی ابررسانا Superconducting Gravimeter

ابر رسانا پدیده ای می باشد که در آن مقاومت الکتریکی ماده صفر می شود.در این حالت ابررساناها به دیامغناطیس کامل تبدیل می شوند(دیامغناطیس ها موادی هستند که دراثر اعمال میدان مغناطیسی یک میدان مغناطیسی جدید در جهت مخالف ایجاد می کنند) گرانی سنج های ابررسانا یک اکتشاف جدید میباشند که با جدیدترین تکنولوژی کار میکنند در این نوع گرانی سنج ها به جای وزنه و فنر از یک کره ابر رسانا در یک میدان مغناطیسی الکتریکی متغیر استفاده می کنند . میدان مغناطیسی الکتریکی را به گونه ای تنظیم می کنند که کره ابر رسانا به حالت معلق و در حال تعادل برسد و با اندازه گیری ولتاژ و آمپر به کار رفته و با توجه به وزن و قطر کره ابررسانا (قطر آن ۲/۵سانتیمتر و جرم آن بین ۴تا ۸گرم میباشد) می توان مقدارg را با دقتی درحدنانوگال (^۱۱–۱۰ m/S² – ده به توان منهای یازده متر بر مجذور ثانیه)تعیین کرد بنابراین کوچکتریت تغییرات g از این گرانی سنج پنهان نمی ماند. این بالاترین دقت در میان گرانی سنج ها می باشددرحال حاضر فقط ۲۵ عدد از این دستگاه ها درجهان وجود دارد . 

شکل شماره ۱۱ – گرانی سنج ابررسانا

۹-ثقل سنجی به کمک ماهواره و هواپیما و اینترنت

اندازه گیری دقیق g(ثقل سنجی)درنقاط مختلف زمین بسیار اهمیت دارد و همانطور که در بخش های قبلی گفته شدکاربرد بسیار گسترده ای در علومی مانند زمین شناسی و استخراج معادن و نفت و…دارد. یکی از راه های اندازه گیری دقیق g استفاده از گرانی سنج ها می باشد که در بخش قبلی در مورد آن توضیح دادیم یکی دیگر از راه های اندازه گیری g استفاده از ماهواره و در نهایت اینترنت می باشد .

۱)ثقل سنجی به کمک هواپیما

شتاب گرانش زمین نه تنها درنقاط مختلف زمین با یکدیگر تفاوت دارد.بلکه در یک نقطه هم همیشه ثابت نیست فعالیت های زمین شناسی (زلزله و آتشفشان و…) مقدار شتاب جاذبه g را در هر نقطه تغییر می دهد(هر چند این تغییرات بسیار جزئی می باشد ولی مهم است) نظر به اهمیتی که ثقل سنجی دارد همیشه مورد نیاز بوده و هست تا نقشه های کامل از مقدار g در نقاط مختلف تهیه شده و این نقشه ها همواره به روز شوند یکی از زاه های این کار ثقل سنجی به کمک انواع هواپیما و پهباد می باشد این کار به کمک گرانی سنج های بسیار حساس که در هواپیما کار گذاشته شده است انجام می پذیرد .

۲)ثقل سنجی به کمک ماهواره

تهیه نقشه های کامل با تمام جزئیات برای میدان ثقل همه نقاط زمین(ثقل سنجی و یا همان تعیین g ) امروزه برای دانشمندان و نقشه برداران و مهندسان بسیار مهم می باشد استفاده از گرانی سنج ها و حتی هواپیما نیز نمی تواند این نیاز را برطرف کند از این رو امروزه به کمک ماهواره توانستند همه جای زمین را پوشش داده و تغییرات آن را هم مرتب زیر نظر گرفته و اطلاعات گرانبهائی در اختبار دانشمندان و مهندسین قرار دهند .

۳)ماهواره های ثقل سنجی

تاکنون ماهواره های متعددی برای ثقل سنجی به مدار زمین فرستاده شده اند (در مقاله “ماهواره“ در این موردبیشتر توضیح خواهیم داد) ازجمله مهمترین این ماهواره ها  می توان به : گوس(Goce)،ماهواره های دو قلوی گریس(Grace ) و چمپ) Champ ( اشاره کرد . این ماهواره ها خدمات ارزشمندی را در زمینه ثقل سنجی ارائه داده که مورد استفاده صاحبان علم و فن قرار می گیرد .

شکل شماره ۱۲ – ماهواره گوس

شکل شماره ۱۳ – ماهواره های دوقلوی گریس

شکل شماره ۱۴ – ماهواره چمپ

۴)ثقل سنجی به کمک اینترنت

اطلاعات بدست آمده از ماهواره ها و نقشه های ثقل سنجی در بسیاری از سایت ها برای استفاده عموم قرار داده شده است به این وسیله شما نه تنها می توانید مقدار g را در هر محلی تعیین کنید . بلکه ارتفاع از سطح دریا را هم می توانید تعیین کنید . برای دسترسی به یکی از این سایت ها “ اینجا “را کلیک کنید .

 ۱۰- ثقل سنجی در ایران

ایران کشوری است وسیع که دارای معادن و منابع سرشار طبیعی (ایران با یک درصد جمعیت جهان ۱۰ درصد معادن جهان را در اختیار دارد) که بسیاری از آنها در دل خاک مدفون بوده و اگر کوششی جهت بهره مندی از این منابع صورت نگیرد برای همیشه در دل خاک باقی می مانند . همچنین ایران کشوری است که از نظر زمین شناسی بشدت فعال می باشد . کشوری زلزله خیز که علاوه بر زمین لرزه های گاه و بی گاه که منجر به فاجعه های بسیار زیادی می شود دارای کوه های آتشفشانی خطرناک (دماوند و تفتان ) می باشد.بنابراین فعالیت های گرانی سنجی باید در ایران انجام شده و دنبال شود . در این مقاله در باره تاریخچه ثقل سنجی در ایران و کارهای انجام شده توضیح می دهیم .

۱)تاریخچه ثقل سنجی در ایران

قبل از انقلاب(سال های ۳۳تا۵۶) وظیفه عملیات گرانی سنجی به عهده مستشاران خارجی بود.پس ازپیروزی  انقلاب وظیفه تهیه و سازماندهی گرانی سنجی به سازمان نقشه برداری کشور محول شد .
 در سال ۱۳۶۰برای نخستین بار سازمان نقشه‌برداری کشور برای انجام عملیات گرانی سنجی اقدام به احداث ایستگاه های گرانی سنجی کرد.دردهه ۷۰باخرید۳دستگاه گرانی‌سنج ازنوع CG-3M،فعالیت‌های گرانی‌ سنجی بر روی ایستگاه های گرانی سنجی با سرعت بیشتری دنبال شد . در سال ۱۳۷۶سازمان نقشه برداری شبکه گرانی درجه صفر کشور را طراحی و انجام عملیات گرانی سنجی در بسیاری از این ایستگاه ها انجام شد .
در سال ۱۳۸۲شبکه گرانی درجه یک کشور به تعداد ۶۷۰ ایستگاه به فواصل ۵۵ کیلومتر طراحی شد و با اضافه شدن ۳ دستگاه گرانی‌سنج از نوع CG5 به ناوگان گرانی‌سنجی سازمان نقشه‌برداری کشور عملیات گرانی ‌سنجی بر روی این شبکه‌ آغاز گردید. همچنین از سال ۱۳۸۵ایجاد شبکه‌ گرانی درجه ۲ کشور به فواصل ایستگاهی ۲۵ کیلومتر (در حدود ۲۰۰۰ ایستگاه) و شبکه گرانی درجه ۳ کشور به فواصل ایستگاهی ۱۰ کیلومتر (بیش از ۲۰۰۰۰ ایستگاه) توسط کارشناسان اداره‌کل نقشه‌برداری زمینی در حال انجام می باشد

۲)شبکه گرانی درجه صفر ایران

شبکه های گرانی صفر اولین و مهمترین شبکه های گرانی سنجی می باشد و باید به صورت کاملا مدرن و مناسب ساخته شود و دوام و استحکام آن تضمین شود تا در دراز مدت بتواند اندازه گیری ها را تکرار کند.
به همین منظور درسال ۱۳۷۶بیست و یک دستگاه گرانی سنج توسط مسئولین سازمان نقشه برداری و اساتید دانشکده نقشه‌برداری دانشگاه خواجه نصيرالدين طوسی تهیه شد . امروزه این شبکه شامل ۳۶ ایستگاه گرانی سنجی می باشد که از دستگاه های مطلق FG5-206استفاده می کنند . این دستگاه ها با همکاری دانشمندان دانشگاه استراسبورگ و مونت پوليه فرانسه مورد آزمایش قرار گرفتند دقت این دستگاه ها در حدود ۱ تا ۲ میکروگال می باشد . این ایستگاه ها به صورت کاملا مطلوب همه جای کشور را مورد پوشش قرار داده به گونه ای که از هر نقطه ایران می توان شبکه های با درجه بالاتر را به این شبکه متصل نمود.

شکل شماره ۱۵ – شبکه گرانی درجه صفر ایران

شکل شماره ۱۶ – ایستگاه شبکه گرانی درجه صفر در حین اندازه‌گیری با دستگاه گرانی‌سنج مطلق FG5

۳)شبکه مبنایی ژئودزی چند منظوره درجه یک

ایجاد این ایستگاه ها عموما بر روی سنگ های ریشه دار ایجاد میشود . اولین هدف اين شبكه، گسترش یکنواخت مشاهدات گرانی در کل کشور می باشد . این شبکه در سال ۱۳۸۲با تراکم ۴۵ تا ۶۵کیلومتر(فاصله ایستگاه ها )با ۷۰۰ ایستگاه طراحی شده و به صورت منظم درسرتاسر کشور پراکنده شده اند مشاهدات گرانی سنجی این شبکه که با گرانی سنج های نسبی کار میکند به شبکه صفر که با گرانی سنج های مطلق کار می کند متصل می باشد.از اهداف دیگر این شبکه ، مشاهدات دقیق GPS و مشاهدات نجومی می‌باشد.

شکل شماره ۱۷ – شبکه چند منظوره درجه یک ایران

شکل شماره ۱۸ – یک نمونه از ایستگاه سنگی چند منظوره درجه یک ساخته شده

۴)شبکه مبنایی ژئودزی چند منظوره درجه دو

این شبکه باید به گونه ای ایجاد شود که پوشش شبکه مبنائی را فراهم آورد یعنی خلا ایجاد شده مابین ایستگاه های درجه یک را برطرف کند . به همین منظور کار نصب و توسعه این شبکه از سال ۱۳۸۶ آغاز شد با توجه به این که ایجاد چنین شبکه ای نیازمند تعداد زیادی ایستگاه می باشد هزینه و زمان بسیار بیشتری نیز نیاز دارد که در حال حاظر درحال اجرا می باشد . تعداد ایستگاه های این شبکه قرار است به ۱۹۰۹ ایستگاه و با تراکم ۲۰ تا ۲۵ کیلومتر باشد (فاصله زمانی سنجش ها ۱۵ دقیقه ای می باشد) این شبکه هم به شبکه های یک و صفر متصل بوده و برای موقعیت یابی از GPS استفاده می کند .

شکل شماره ۱۹ – شبکه چند منظوره درجه دو ایران

شکل شماره ۲۰ – یک نمونه از ایستگاه چند منظوره درجه دو ساخته شده

۵)شبکه گرانی درجه سه

 برای اندازه گیری کاملتر و دقیق تر میدان گرانشی زمین لازم است این اطلاعات را روی شبکه های متراکم تر در اختیار داشته باشیم به همین منظور شبکه های درجه سه راه اندازی شده تا اطلاعات گرانی سنجی در فاصله ۷ تا ۹ کیلومتری زمین و در فواصل زمانی ۵ دقیقه ای معلوم باشد.
این شبکه هم به شبکه های دیگر متصل بوده و از GPS برای اندازه گیری موقعیت خود استفاده می کند .

شکل شماره ۲۱ – شبکه گرانی درجه سه ایران

نکته : منبع عکس ها و نقشه های این بخش(ثقل سنجی در ایران ) سایت “ سازمان نقشه برداری کشور ” می باشد .

۱۱- خلاصه مطلب

نیروی قدرتمندجاذبه زمین همه اشیا را به سمت خود می کشد و بنابر این اگر جسمی در مجاورت زمین رها شود به سمت مرکز زمین شتاب می گیرد که این شتاب برای همه اجسام در یک نقطه خاص دقیقا یکسان می باشد ما این شتاب را با “g” نشان داده و آن را شتاب جاذبه نام می گذاریم .
در مقاله “ شتاب گرانشی زمین “ نشان دادیم که مقدار g در همه نقاط زمین دقیقا یکسان نیست و علت آن را هم توضیح دادیم . آنچه در این مقاله در مورد آن بحث میکنیم اندازه گیری بسیار دقیق مقدار g درنقاط مختلف زمین و کاربردهای آن می باشد که این عمل “ثقل سنجی” یا گرانی سنجی نامیده می شود .

 

۱)گرانش سطحی زمین به چه عواملی بستگی دارد؟

شتاب گرانش سطحی زمین شتابی است که به همه اجسام پیرامون زمین به یک اندازه وارد می شود و ما آن باg  نشان می دهیم . مقدار g در روی زمین تفریبا ۹/۸ متر برمجذور ثانیه میباشد و این به این معنی است که هر جسم که در نزدیکی سطح زمین رها شود با شتاب ۹٫۸m/S² به سمت مرکز زمین سقوط می کند .
در مقاله “شتاب گرانشی زمین “نشان دادیم که مقدار g در جاهای مختلف زمین متفاوت می باشد و دلائل این پدیده را هم توضیح دادیم در این بخش توضیحی کوتاه و فشرده در مورد این پدیده خواهیم داشت .

۲)گرانش زمین و زمین شناسی

در مقاله  “شتاب گرانشی زمین “ دیدیم که مقدار g در همه جای زمین یکسان نیست و به عوامل مختلفی همچون عرض جغرافیائی و ارتفاع ازسطح دریا و عمق بستگی دارد و دلائل آن را نیز بررسی کردیم .
در این بخش در مورد نقش اجسام عظیم موجود در روی زمین و زمین شناسی منطقه و لایه های مختلف زمین در مقدار g توضیح می دهیم .

۳)ثقل‌ سنجی

گرانش که عامل ایجاد شتاب گرانش می باشددرنقاط مختلف زمین بر اثر عوامل مختلف(عرض جغرافیائی و عمق و ارتفاع و…)با هم تفاوت دارد. این تفاوت ها حتی در نقاط بسیار نزدیک به همدیگر هم وجود دارد.(بخاطر اختلاف لایه های مختلف زمین و وجود کوه ها و پستی بلندی ها) نظربه این که این تفاوت ها بخصوص در مناطق با ارتفاع و عرض جغرافیائی مشابه بسیار کم بوده اندازه گیری شتاب جاذبه و نیروی ثقل باید توسط دستگاه های بسیار حساس و دقیق گرفته شود.در این بخش درموردثقل سنجی(گرانی سنجی)و اهمیت آن در علوم و تکنولوژی توضیح داده و در بخش های بعد به معرفی روش های اندازه گیری شتاب گرانش و دستگاه هائی که این کار را انجام می دهند خواهیم پرداخت . 

 

۴)کاربردهای ثقل سنجی

ثقل سنجی در علوم و مهندسی کاربردهای گسترده ای دارد . میدان های جاذبه و شتاب گرانشی زمین ارتباط مستقیمی با جنس لایه های زمین دارد هرچه لایه ها پرجرمتر باشند مقدار شتاب گرانشی بیشتر و هر چه لایه ها کم جرم تر باشند شتاب گرانشی کمتر می باشد دانشمندان و متخصصان از این مسئله اطلاعات گرانبهائی در باره لایه های زمین بدست آورده و استفاده های بی شماری از این مسئله می کنند.در این بخش بعضی از کاربردهای ثقل سنجی را در مهندسی و زمین شناسی و …پیش بینی آتشفشان شرح می دهیم .

۵)روش های اندازه گیری g(ثقل سنجی)با روش های آزمایشگاهی

روش های مختلفی برای اندازه گیری شتاب جاذبه g وجود دارد. بسیاری از این روش ها سنتی بوده و ازقرون گذشته تا امروز استفاده می شده و بسیاری هم مدرن بوده و تنها با دستگاه های پیشرفته انجام پذیرمیباشد.
در این بخش در مورد روش های آزمایشگاهی و سنتی اندازه گیری g (ثقل سنجی) توضیح می دهیم .

۶)ثقل سنجی با گرانی سنج

نیروی گرانش زمین در نقاط مختلف زمین تفاوت های ناچیزی با یکدیگر دارد . که اندازه گیری این تفاوت های بسیار جزئی  ، کاربرد زیادی در علوم پایه( زمین شناسی و…) و مهندسی(راه و ساختمان و مهندسی نفت و معدن و…)دارد. اندازه گیری این تغییرات به دستگاه های پیشرفته ای نیاز می باشد که مقدارg  را تا چندین رقم اعشار اندازه بگیرد این دستگاه ها را گرانی سنج مینامند که در این بخش در مورد کاربردشان توضیح میدهیم . 

۷)ثقل سنجی به کمک ماهواره و هواپیما و اینترنت

اندازه گیری دقیق g (ثقل سنجی) درنقاط مختلف زمین بسیار اهمیت دارد و کاربرد بسیار گسترده ای در علومی مانند زمین شناسی و استخراج معادن و نفت و…دارد. یکی ازراه های اندازه گیری دقیق g استفاده از هواپیما و ماهواره و در نهایت اینترنت می باشد .

۸)ثقل سنجی در ایران

ایران کشوری است وسیع که دارای معادن و منابع سرشار طبیعی (ایران با یک درصد جمعیت جهان ۱۰ درصد معادن جهان را در اختیار دارد) که بسیاری از آنها در دل خاک مدفون بوده و اگر کوششی جهت بهره مندی از این منابع صورت نگیرد برای همیشه در دل خاک باقی می مانند . همچنین ایران کشوری است که از نظر زمین شناسی بشدت فعال می باشد . کشوری زلزله خیز که علاوه بر زمین لرزه های گاه و بی گاه که منجر به فاجعه های بسیار زیادی می شود دارای کوه های آتشفشانی خطرناک (دماوند و تفتان ) نیز می باشد.بنابراین فعالیت های گرانی سنجی باید در ایران انجام شده و دنبال شود . در این بخش در باره تاریخچه ثقل سنجی در ایران و کارهای انجام شده توضیح می دهیم .

برای مطالعه سایر مقاله های نجومی روی شکل زیر کلیک کنید.

برای مطالعه مقاله های روانشناسی اینجا  را کلیک کنید .

عکس های طبیعت, طبیعت خوانسار , شکوفه های بهاری  , گلستان کوه ,دانلود آلبوم های کامل بهترین و زیباترین عکس ها ,آلبوم هائی با صدها عکس کیفیت بالا ,  در هیچ کجای اینترنت این عکسها را پیدا نمیکنید , عکس هابدون استفاده از تکنیک های فتوشاپ تهیه شده , کاملا طبیعی 

برای آموزش کامل و حرفه ای گوگل مپ روی شکل زیر کلیک کنید

همه جیز در مورد گوگل مپ

۱) هر گونه اظهار نظر را در فرم اظهار نظر کاربران وارد کنید .
۲) نظرات بعد از تایید مدیریت نشان داده می شود .
۳) با انتقادات و پیشنهادات سازنده خود ما را هرچه بیشتر  همراهی کنید . مدیریت از انتقادات و پیشنهادات سازنده شما استقبال میکند .
۴) نوشته های قرمز پر رنگ ارجاع به لینک هستند که هنوز لینک آنها قرار داده نشده است ( هنوز صفحه آنها منتشر نشده است )
۵) نوشته های آبی پر رنگ ارجاع به لینک هستند که لینک آنها قرار داده شده است (صفحه آنها منتشر شده است )
۶) هرگونه بهره برداری : کپی تمام و یا قسمتی از مطالب این سایت بدون ارجاع منبع آن ممنوع می باشد .
۷) تکثیر فایل های Pdf با ذکر منبع آزاد ولی فروش آن تحت هر عنوان و با ذکر منبع هم ممنوع می باشد.