Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...
Автоматическое растормаживание колес: Тормозные устройства колес предназначены для уменьшения длины пробега и улучшения маневрирования ВС при...
Топ:
Генеалогическое древо Султанов Османской империи: Османские правители, вначале, будучи еще бейлербеями Анатолии, женились на дочерях византийских императоров...
Основы обеспечения единства измерений: Обеспечение единства измерений - деятельность метрологических служб, направленная на достижение...
История развития методов оптимизации: теорема Куна-Таккера, метод Лагранжа, роль выпуклости в оптимизации...
Интересное:
Искусственное повышение поверхности территории: Варианты искусственного повышения поверхности территории необходимо выбирать на основе анализа следующих характеристик защищаемой территории...
Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным...
Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль...
Дисциплины:
2023-02-03 | 32 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
При изучении гравитационного поля Земли обычно используют фиктивное поле силы тяжести или притяжения, уровенные поверхности которых близки к уровенным поверхностям реального земного поля, но имеют более простую по сравнению с ними форму. Такое поле и описывающие его потенциал U силы тяжести или потенциал Vн притяжения называют нормальными. После введения нормального потенциала действительный потенциал W силы тяжести можно записать в виде
W=U+T , (1.1)
Т- аномальный или возмущающий потенциал.
Смысл введения нормального потенциала заключается в переходе от изучения потенциала W силы тяжести реальной Земли к изучению малой величины
Т = W – U. (1.2)
Введение нормального потенциала преследует две цели: в одном случае нормальное поле рассматривают как модель, приближенно представляющую реальное поле Земли; во втором нормальное поле используют как отсчетное, относительно которого находят аномальный потенциал. Т.е. в первом случае речь идет об использовании нормального поля вместо реального, а во втором - об определении отличия реального поля от нормального. В обоих случаях стараются выбирать нормальное поле так, чтобы аномальный потенциал был мал. Тогда в первом случае величиной Т просто пренебрегают, а во втором появляется возможность строить теорию ее определения в линейном приближении, не учитывая члены порядка квадрата аномального потенциала. В качестве нормального всегда стараются выбрать потенциал, который можно описать по возможности простыми аналитическими выражениями, с тем, чтобы в нормальном поле легко решались задачи геодезии, геофизики, небесной механики.
Таким образом, нормальный потенциал можно определить как потенциал достаточно простого вида, по возможности близкий к действительному
|
Существует несколько способов задания нормального потенциала. В одних используют понятие Нормальной Земли – модели Земли, обладающей теми или иными свойствами. Так, в геофизике задают поверхность и модель внутреннего строения нормальной Земли. Подобная модель впервые была введена А. Клеро(1713-1765), который полагал, что Земля состоит из однородных жидких слоев и находится в состоянии гидростатического равновесия.
В топографии и инженерно-геодезических работах не очень высокой точности поле силы тяжести полагают однородным – все уровенные поверхности считают параллельными плоскостями, а силовые линии – параллельными прямыми. Это означает, что потенциал силы тяжести является линейной функцией
U=Uо -γh (1.3)
высоты h над исходной уровенной плоскостью U=Uо, а нормальная сила тяжести
γ= -∂h/∂U (1.4)
постоянна по величине и направлению.
Еще один способ введения нормального поля основан на разложении потенциала притяжения в ряд шаровых функций, которое в сферических координатах r,Φ,L имеет вид
r – радиус-вектор,Φ - геоцентрическая широта, L –долгота, Рпк(Φ) –присоединенная функция Лежандра первого рода степени n и порядка k. Нормальный потенциал получают, оставляя конечное число членов этого ряда. Так, оставляя только член нулевого порядка, т.е. полагая в (1.5) n=k =0, получают
Это означает, что за нормальную Землю принят шар с центрально-симметричным распределением плотности. Произведение GM постоянной тяготения G на массу М Земли называют геоцентрической гравитационной постоянной.
Обычно в ряде (1.5) оставляют только четные зональные члены, не зависящие от долготы. Тогда нормальный потенциал притяжения получит вид
и будет симметричен относительно оси Z вращения Земли и плоскости экватора. Коэффициент А2по этого ряда при п=0 совпадает с (1.6) и является геоцентрической гравитационной постоянной, при п=1
|
Ат- средний экваториальный, С – полярный моменты инерции Земли соответственно.
Для получения нормального потенциала силы тяжести к (1.8) добавляют потенциал Q центробежной силы
В геодезии обычно используют Нормальную Землю в виде идеальной планеты, имеющей форму эллипсоида вращения, причем эта поверхность является уровенной поверхностью ее потенциала силы тяжести, т.е. на поверхности эллипсоида выполняется условие
U= Uо , (1.13) , Uо - постоянная. Такой эллипсоид называют уровенным. Использование поля силы тяжести уровенного эллипсоида в качестве нормального поля удобно в геодезии потому, что в этом случае одна и та же поверхность является отсчетной при решении и геометрических и физических задач.
Особенно удобно объединение двух последних подходов к выбору нормального поля, когда потенциал уровенного эллипсоида представляют в виде ряда шаровых функций, а коэффициенты разложения (1.8) подбирают так, чтобы одна из уровенных поверхностей потенциала (1.12) силы тяжести была эллипсоидом вращения. Это позволяет построить непротиворечивую модель нормального поля, объединяющую геометрический и физический подходы к изучению Земли.
34.Потенциал нормальной силы тяжести
Нормальным значением силы тяжести ( ) называется сила тяжести, обусловленная суточным вращением и притяжением Земли, в предположении, что она состоит из однородных по плотности концентрических слоев.
Принимая Землю за сфероид, Клеро получил следующую приближенную формулу для ее расчета:
где - сила тяжести на экваторе; - географическая широта пункта наблюдения; - коэффициент, зависящий от угловой скорости вращения и сжатия сфероида.
На поверхности эллипсоида нормальная сила тяжести вычисляется по формуле Гельмерта (или формуле Сомильяна (1.34)
(1.47)
где
(1.48)
(1.49)
Нормальная сила тяжести во внешнем пространстве находится по формуле
(1.50)
где Н - высота над эллипсоидом. Значения коэффициентов приводятся для эллипсоида со сжатием a =1/298.257+0.001 и силе тяжести на экваторе g e =978033 мГал.
Однако Земля - геоид, и нормальные значения силы тяжести для его поверхности рассчитываются по формуле:
(1.4) |
где - географическая долгота точки наблюдения.
Коэффициенты , и зависят от формы Земли, ее угловой скорости вращения, распределения масс. По многочисленным измерениям можно определить эти неизвестные коэффициенты. В настоящее время используется формула, в которой коэффициенты равны: , , и g_э=978,013 Гал.
|
Составлены специальные таблицы, по которым легко определить величину для любой точки земной поверхности. Измерив g_н в какой-то точке и вычтя , получим аномалию силы тяжести.
Таким образом, геоид является поверхностью относимости, по отношению к которой рассчитываются аномалии.
Так как при определении силы тяжести масса притягиваемой точки принята равной единице, сила тяжести численно равна ускорению g силы тяжести. Часто вместо полного ^ термина «ускорение силы тяжести» пользуются сокращенным — «сила тяжести».
Постоянную тяготения определяют экспериментально, для чего с помощью крутильных весов измеряют силу взаимодействия двух тел с известными массами, размерами и расположением. Впервые численное значение гравитационной постоянной получил английский физик Г. Кавендиш в 1798 г. В настоящее время международным соглашением (1975 г.) принято значение f = (6,6720 +- 0,0041) х 10^(-11)м^2/кг^2, которое основано на многократных измерениях, предпринятых в разных странах . Гравитационная постоянная f известна с гораздо большей относительной погрешностью, чем другие фундаментальные физические константы. Это объясняется сложностью измерения силы тяготения. Для решения геодезических задач достигнутая точность вполне достаточна, поскольку в этих задачах обычно фигурирует произведение fM, которое определяется значительно точнее — с относительной погрешностью 10".
Для каждой точки единичной массы существует единственный вектор G силы тяжести. Совокупность этих векторов образует поле силы тяжести. Для вычисления силы тяжести в произвольной точке необходимо найти три ее составляющие по осям прямоугольных координат. Поэтому для определения G выгодней использовать скалярную функцию — потенциал, которая полностью характеризует поле силы тяжести.
Потенциалом вектора называется такая функция координат, частные производные которой по прямоугольным координатам равны проекциям вектора на соответствующие координатные оси.
|
Дифференцирование потенциала W силы тяжести по какому-либо направлению дает составляющую силы тяжести в этом направлении. Поверхность, во всех точках которой потенциал имеет одну и ту же величину, W = С, называется уровенной.
Производная от W по направлению нормали n к уровенной поверхности является полной величиной силы тяжести
В каждой точке земной поверхности сила тяжести различна; она увеличивается от экватора к полюсам вследствие уменьшения расстояния до центра масс Земли (что вызывает увеличение составляющей F ) и вследствие уменьшения расстояния до оси вращения (что уменьшает центробежную силу Р) на это общее изменение накладываются вариации локального характера из-за сложности внутреннего строения и фигуры Земли.
Расстояние между уровенными поверхностями несколько неодинаково, оно обратно пропорционально величине силы тяжести.
Потенциал силы тяжести непосредственно не измеряется. Из наблюдений обычно находят только ускорение g , численно равное dW / dn , или производные второго порядка от потенциала.
35. Потенциал нормальной силы притяжения.
|
|
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...
История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...
Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!