STEP #5

PRINICIPIO FISICO 

Il gravimetro è basato sul principio del moto libero simmetrico; in esso le misure di spostamento di un grave di forma particolare vengono eseguite in varie posizioni lungo la traiettoria mediante interferometria laser ed il tempo impiegato per passare attraverso le varie stazioni viene misurato con un orologio atomico. Con questo sistema, che è trasportabile, si raggiungono incertezze di 0,00000004 m/s2 su un valore di g di 9,80534317 m/s. 

 

Viene utilizzato per la misura il metodo della caduta libera di un grave sottoposto alla sola forza di gravità. Più precisamente viene esaminato il moto di un corpo lungo una traiettoria simmetrica rispetto alla sommità della stessa. Questa simmetria del movimento offre alla tecnica di misura importanti vantaggi rispetto alla caduta semplice di un corpo: fra i principali ricordiamo una minore influenza dell'attrito dell'aria ed una migliore precisione intrinseca del metodo. 

 

Un corpo viene lanciato verticalmente da un dispositivo meccanico a catapulta, che gli fa percorrere una traiettoria dell'ordine di 0,2 m in un cilindro mantenuto sotto vuoto (all'incirca a 0,1 Pa). Durante il volo dallo spigolo di cubo (o triedro) in uscita dall'interferometro sfila una serie di frange di interferenza che vengono rivelate da un fotomoltiplicatore e convertite in un segnale elettrico adatto a pilotare i circuiti elettronici di misura. Il sistema non comprende un'unità di lunghezza materiale. Pertanto la misura ha inizio ad un istante predeterminato, ma arbitrario, lungo la traiettoria in salita. L'equidistanza tra le stazioni è ottenuta da conteggi successivi di un numero intero costante di frange di interferenza. Il tempo impiegato dal grave a percorrere queste distanze è misurato con un contatore che ha una risoluzione dell'ordine di 100 ps. Un orologio atomico al rubidio fornisce a questo contatore la sufficiente stabilità come campione di tempo.

Rappresentazione della traiettoria del corpo e dell'equazione ad essa correlata
https://www.researchgate.net/figure/Figura-4-Schema-del-gravimetro-assoluto-dellIMGC_fig3_236609916 

 

Fonte: https://www.researchgate.net/figure/Figura-4-Schema-del-gravimetro-assoluto-dellIMGC_fig3_236609916

STEP #4

LA SCIENZA

 

Il gravimetro viene utilizzato nella disciplina scientifica della gravimetria. Essa è una parte della geofisica che considera le teorie e i metodi di osservazione destinati allo studio del campo gravitazionale terrestre e alla misurazione dell’accelerazione di gravità. L’accelerazione di gravità sulla superficie terrestre può essere misurata in modo assoluto o relativo. La misura assoluta, effettuata in alcune località dette stazioni gravimetriche fondamentali, corrisponde al valore dell’effettiva accelerazione di un oggetto in caduta libera nel vuoto. La misura relativa fornisce la differenza fra i valori registrati dalle stazioni di misura e viene effettuata con strumentazione meno sofisticata allo scopo di determinare le anomalie di gravità. La stazione gravimetrica prende nome diverso a seconda del tipo (assoluta o relativa) e della precisione della medesima.

Fonte: https://www.treccani.it/enciclopedia/gravimetria/

STEP #3

GLOSSARIO

 

Le parti di cui è composto il gravimetro sono:

- un nuovo interferometro tipo Mach-Zehnder: è un tipo di interferometro a divisione di ampiezza, costituito da due specchi e da due beam splitter;

- un sismometro a lungo periodo: strumento che misura la dipendenza temporale dello spostamento, della velocità o dell’accelerazione del terreno;

- un riflettore a forma di spigolo di cubo posto sulla massa inerziale del sismometro, che costituisce lo specchio di riferimento dell’interferometro, è uno strumento ottico che ha la proprietà di riflettere un fascio luminoso incidente sulla sua superficie frontale esattamente verso la direzione di provenienza; 

- un secondo specchio dell’interferometro: è costituito da uno spigolo di cubo analogo al precedente; 

- dispositivo meccanico a catapulta: utilizza rilascio improvviso dell'energia potenziale immagazzinata per spingere il suo carico utile; 

- laser all'elio neon stabilizzato: è un piccolo tipo di laser a gas. Nel loro funzionamento normale operano e sono spesso impiegati in dimostrazioni ottiche di laboratorio. Operano ad una lunghezza d'onda di 632,8 nm nella parte rossa dello spettro visibile; 

- fotomoltiplicatore: un tubo fotomoltiplicatore è un rilevatore elettronico di luce estremamente sensibile nell’ultravioletto, nella luce visibile e nel vicino infrarosso; 

- orologio atomico al rubidio: l'orologio atomico è un tipo di orologio in cui la base del tempo è determinata dalla frequenza di risonanza di un atomo;

- contatore: è un dispositivo che memorizza (o a volte visualizza) il numero di volte che un particolare evento o processo si verifica.

    Schema gravimetro assoluto 
https://www.researchgate.net/figure/Figura-4-Schema-del-gravimetro-assoluto-dellIMGC_fig3_236609916

Fonti:

https://www.researchgate.net/figure/Figura-4-Schema-del-gravimetro-assoluto-dellIMGC_fig3_236609916

https://it.wikipedia.org/wiki/Interferometro_di_Mach-Zehnder

https://it.wikipedia.org/wiki/Sismometro

https://it.wikipedia.org/wiki/Prisma_riflettore_a_spigolo_di_cubo

https://it.wikipedia.org/wiki/Laser_a_elio-neon                        

https://it.wikipedia.org/wiki/Fotomoltiplicatore

https://it.wikipedia.org/wiki/Orologio_atomico

STEP #1

IL GRAVIMETRO

 

DEFINIZIONE

Gravìmetro s.m.

Il gravimetro è uno strumento di misura deputato alla misurazione dell’accelerazione di gravità (g). La forza con cui una determinata massa è attratta verso il centro della terra è precisamente bilanciata, all'interno del gravimetro, da un sistema elastico o da molle (o ancora da forza elettromagnetiche nei gravimetri più moderni). Una piccolissima variazione di questa (dell'ordine di 10 ^-10 ) dà luogo ad un’oscillazione che si fermerà soltanto quando le forze saranno nuovamente bilanciate. 

Ne esistono di due tipi:

Il gravimetro assoluto, posto in un determinato punto, misura la gravità di quel particolare punto;

Il gravimetro relativo misura la differenza di gravità esistente fra due punti. Il gravimetro relativo presenta molta meccanica ma poca elettronica; quest'ultima corrisponde principalmente alle livelle elettroniche che permettono di "mettere in bolla" lo strumento e ne conferiscono quindi la stabilità.

 

ETIMOLOGIA

Composizione di gravi(tà) e -metro. 1834

 

TRADUZIONI IN ALTRE LINGUE

Il gravimetro è uno strumento molto utilizzato ed è quindi conosciuto in tutto il mondo.

Traduzioni: 

Inglese e Tedesco: gravimeter

Cinese: 重力儀

Francese: gravimètre

Ucraino: гравіметр

Spagnolo: gravímetro

Fonti: 

https://www.treccani.it/enciclopedia/gravimetro_%28Dizionario-delle-Scienze-Fisiche%29/

https://it.wikipedia.org/wiki/Gravimetro