Определение магнитных свойств горных пород

ВВЕДЕНИЕ

Физика Земли – это один из разделов геофизики, включающий изучение происхождения, внутреннего строения планеты и различных процессов в ее массе и на ее поверхности (землетрясения, ледниковые явления и др.), динамики развития Земли как космического объекта, особенности (виды, интенсивность, формы) сочетания физических полей.

Настоящее методическое пособие по курсу «Физика Земли» содержит практические работы, которые позволят студентам приобрести знания физических основ и навыки решения прогнозных геологических задач на глобальном уровне с привлечением глобальных распределений гравитационного, магнитного, электромагнитного, сейсмического, теплового, радиационного полей, познакомиться с основами методик проведения геофизических съемок, с методами построения различных глобальных моделей распределения полей на площадях, соизмеримых с размерами Земли, способами их интерпретации в целях выявления закономерностей размещения месторождений полезных ископаемых, сейсмоопасных районов.

Практическое занятие № 1

ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ МАЯТНИКОВЫМ

СПОСОБОМ

Цель работы: ознакомиться с основами теории и практики абсолютных гравиметрических измерений

Пояснения к работе

Гравиметрия – наука об изучении величин, характеризующих земное поле силы тяжести. Основной задачей гравиметрии является изучение напряжения силы тяжести g как производной от потенциала силы тяжести W по направлению нормали (отвесной линии) к уровенной поверхности, проходящей через данную точку А.

Сила тяжести есть та сила, с которой всякое тело притягивается к Земле. Единица силы тяжести в системе СИ – кг∙м∙с^-2 =1 Н; в системе СГС – г∙см∙с^-2 = 1 дн (дин).

Ускорение свободного падения

,

где l – длина, м; t – время, с.

Знание распределения силы тяжести на земной поверхности имеет огромное значение для изучения геологического строения Земли, для поисков и разведки полезных ископаемых, исследования фигуры Земли.

Для измерения силы тяжести принципиально могут быть использованы разнообразные физические явления, которые зависят от силы тяжести: падение тела под действием силы тяжести в пустоте, воздухе или жидкости, качание маятника, колебание струны, растяжение пружины под действием груза.

Среди методов измерения силы тяжести главенствующее положение в течение длительного времени занимал маятниковый метод.

Под математическим маятником подразумевается идеальный маятник, представляющий собой точечную массу, подвешенную на нерастяжимой и невесомой абсолютно гибкой нити (рис. 1.1).

Длиной маятника l будет расстояние от точки подвеса маятника до точки, в которой сосредоточена вся масса маятника. Практически осуществить математический маятник с необходимой точностью невозможно, поэтому при определениях силы тяжести используют физический маятник.

Рис. 1.1.Математический маятник

Всякий маятник, состоящий из протяженных масс, т.е. представляющий собой физическое тело, качающееся около некоторой точки подвеса, называется физическим маятником (рис. 1.2).

Роль длины выполняет в нем функция от формы, масс и расположения точки подвеса. Эта функция называется приведенной длиной маятника и имеет вид

,

где I₀ – момент инерции относительно качания маятника, ; а – расстояние от оси качания до центра тяжести маятника; М – масса маятника.

Рис. 1.2.Физический маятник

Период колебаний маятника при бесконечно малых амплитудах колебания выражают формулой

,

где Т – полупериод колебаний маятника за определенный момент времени.

Для определения силы тяжести применяется способ несовпадения периодов. При этом выполняются наблюдения при двух положениях маятника.

Период колебаний маятника в гравиметрии соответствует промежутку времени между последовательными прохождениями маятника через положение равновесия или половине времени полного колебания маятника:

где Т₁ и Т₂ – известные из наблюдений полупериоды, а l₁ и l₂ – разность длины.

Измерив полупериоды Т₁ и Т₂ и, зная длины маятника l₁ и l₂, можно рассчитать g:

.

Основным преимуществом маятникового способа определения силы тяжести является повторяемость колебания и свойство изохронности, т.е. период колебания маятника не изменяется при затухании амплитуды.

Контрольные вопросы

1. Для чего необходимо изучение силы тяжести?

2. Перечислите способы изучения силы тяжести.

3. Что называется математическим маятником?

4. В чем заключается преимущество применения маятникового способа измерения силы тяжести?

Практическое занятие № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД