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N. V. DE BATAAFSCHE PETROLEUM MAATSCHAPPIJ IM HAAG (NIEDERLANDE).
Die genaue Bestimmung der Änderungen des Sehwerefeldes der Erde ist als ein Hilfsmittel für die Durchforschung der Erdoberfläche nach Minerallagerstätten von grosser Bedeutung. Es ist oftmals durch Messung des Schwerefeldes möglich, die Lage solcher Lagerstätten zu bestimmen.
Für diesen Zweck sind bisher schon verschiedene Geräte, wie z. B. das Sternbeckpendel und die Eötvös'sche Drehwaage in Gebrauch gewesen. Messungen mit diesen Geräten fordern aber erheblichen Arbeits-und Zeitaufwand. Es ist weiters schon ein Gerät bekannt, welches einen unter der Einwirkung einer Feder und einer Masse stehenden Hebel umfasst, dessen Lage sich mit Änderungen der Schwerebeschleunigung ändert, wobei durch Änderung des Kraftarmes der Masse oder Feder bei einer solchen Lageänderung die Wirkung der Änderung der Schwerebesehleunigung selbsttätig gesteigert wird. Mit dem Gerät zur Bestimmung der Schwerebeschleunigung der Erde gemäss der Erfindung lassen sich demgegenüber schnellere und einfachere Messungen durchführen.
Das Gerät der Erfindung besteht aus einer hohlen, an einer senkrechten Feder befestigten Masse und einem Flüssigkeitssystem, aus dem bei Verlängerung der Feder Flüssigkeitsmengen in die Masse hineinlaufen, dabei deren Gewicht vermehren und so zu weiterer Verlängerung der Feder Anlass geben.
Offenbar wird auf diese Weise eine geringe Änderung der Federlänge, die durch eine Änderung des Schwerefeldes hervorgerufen wird, sich in eine leicht messbare Änderung der Massenlage umsetzen.
Eine Feder als Trägerin einer bestimmten Masse kann daher irgendeine beliebige Empfindlichkeit aufweisen.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise schematisch an Ausführungsbeispielen der Erfindung auch noch weitere Einzelheiten.
In dieser Zeichnung ist Fig. 1 ein Gerät, das zwei Flüssigkeitsbehälter enthält, die auf einer Grundplatte befestigt sind. Fig. 2 ein Blick auf eine andere Ausführungsform, die nur einen au einer Grundplatte befestigten Flüssigkeitsbehälter aufweist.
Bei dem Gerät nach Fig. 1 hängt eine Spiralfeder 1 an ihrem oberen Ende von einem Balken 2 herab, der mit der Grundplatte 3 eine Einheit bildet. Der untere Teil der Feder 1 ist an einem Gefäss 4 befestigt. Dieses Gefäss ist durch ein Röhrensystem 5 mit einem ringförmigen Behälter 6 verbunden, der auf der Grundplatte 3 des Gerätes ruht. Das Röhrensystem ist vollständig mit einer Flüssigkeit 7 gefüllt, während das Gefäss 4 und der Behälter 6 nur teilweise gefüllt sind. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ragt die Röhre 5 in die Flüssigkeit des Behälters 6 hinein und kann innerhalb gewisser Grenzen ohne über die Oberfläche der Flüssigkeit, zu kommen, auf-und abbewegt werden. Anschläge 8 und 9 an der Skala 10 geben die Grenzen an, innerhalb derer sich das Gefäss 4 bewegen kann. Die Röhre 5 ist fest an dem Gefäss 4 befestigt.
Zur besseren Darstellung sei angenommen, dass die Feder 1 dem Hooke'sehen Gesetz folge. Dann wird die Kraft F, die auf die Feder wirkt, durch die Formel
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gegeben, wobei K die Federkonstante, L die Länge der verlängerbaren Feder und Lo die I, änge der unverlängerten Feder ist. Bei einem Schwerkraftmessgerät wird die Kraft F von der Schwerebeschleunigung abhängig sein. Die Schwerkraft wird durch die Formel
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kann :
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In dieser Formel ist MI = cL gesetzt, wobei c eine Konstante ist.
Die Werte von e und Jlo hängen von der Quersehnittsgrösse der zwei Flüssigkeitsoberflächen, der Fiüssigkeitsdichte, der Masse des Gefässes 4 und der Verbindungsröhre 5 und auch von der Flüssigkeitshöhe in den Gefässen 6 ab.
Diese Konstanten können durch richtige Wahl der Apparatebestandteile vorgegeben werden.
Um die Sehweremessung mit dem beschriebenen Gerät durchzuführen, wird es genau wasserrecht gemacht und kalibriert, wobei die Flüssigkeit in dem Gefäss 4 in derselben Höhe wie in dem Gefäss 6 steht, mit dem es mittels des flüssigkeitsgefüllten Röhrensystems 5 verbunden ist. Wie ersichtlich, wird ein auf die Masse des Gefässes 4 einwirkendes Anwachsen der Schwerkraft das gesamte Gefäss nnter Spannung der Feder nach abwärts bewegen. Die Flüssigkeit in dem Gefäss 4 hat aber das Bestreben, auf derselben Höhe zu bleiben, auf der sie in dem Behälter 6 steht, so dass eine gewisse Menge Flüssigkeit von dem Behälter6 durch das Röhrensystem 5 in das Gefäss 4 strömt.
Die dadurch erfolgende Massenvermehrung der Flüssigkeit in dem Gefäss 4 wird zu weiterer Ausdehnung der Feder 1 Anlass geben und die Abwärtsbewegung des Gefässes 4 fördern. Offenbar wird ein umgekehrter Vorgang sieh bei einer Abnahme der Schwerkraft abspielen, in welchem Falle ein Teil der Flüssigkeit von dem Gefäss 4 in den Behälter 6'zurückläuft.
Es sei der Einfachheit halber angenommen, dass die Federkraft und die Schwerkraft die einzigen wirkenden Kräfte seien, mit andern Worten, es möge angenommen werden, dass die Schwerkraft gemessen werden soll.
Dann gilt :
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Es ist daher durch richtige Wahl der Konstanten des Gerätes möglich, jede vorgegebene Längen- änderung des A H für eine gegebene, verhältnismässige Schwerkraftänderung zu erhalten. Durch Wahl der Konstanten K, e, Lo und ist es möglich, das Instrument in indifferentes Gleichgewicht zu bringen, d. h. dass es für einen gegebenen Schwerkraftwert bei irgendeinem Wert von L stabil ist. Durch diese Anordnung wird das Gerät ausserordentlich empfindlich gegen Schwerkraftänderungen. Für kleine Änderungen der Schwerkraft wird das Instrument keine stabile Länge haben, es wird aber eine metastabile Lage haben, in der die Federkräfte gerade die andern Kräfte ausgleichen.
Die Lage des metastabilen Gleichgewichts kann zur Messung der Kräfte benutzt werden. Wenn die Kräfte durch die Metastabilitätsmethode gemessen werden, so besteht die Messung darin, den metastabilen Punkt jeweils an denselben Punkt zurückzubringen. Dies kann z. B. durch Zufügen oder Wegnehmen von kleinen Gewichten zu dem Glied 4 geschehen ; oder durch Hochheben oder Senken des Behälters 6 ; oder schliesslich durch Erhöhen oder Senken des Aufhängepunktes der Hauptfeder 1 oder auf irgendeine andere, einem Fachmann geläufige Weise.
Wenn die Kräfte nach der Gleichgewichtsmethode gemessen werden, so kann der Ausgangspunkt entweder durch eines der oben beschriebenen Mittel auf denselben Punkt zurückgebracht werden, oder aber die Entfernung des Gliedes 4 kann auf der Skala 10 abgelesen werden.
Wenn das Gerät als ein hochempfindlicher Schweremesser benutzt wird, ist es notwendig, ihn genau wasserrecht zu machen. Wenn die Behälter 4 und 6 ringförmige Gestalt haben, so ist die Notwendigkeit des genauen Wasserreehtmaehens auf ein beherrschbares Mass zurückgeführt. Das Wasserrechtmachen kann durch Schrauben 11 geschehen, die an der Grundplatte 3 befestigt sind.
In Fig. 2, die eine Abänderung des Gerätes nach Fig.] zeigt, haben ähnliche Teile gleiche Bezugszeichen. Eine Feder 1 hängt von einem Rahmen 2 herab, der mit der Grundplatte 3 ein Ganzes bildet und trägt an ihrem unteren Ende ein Gefäss 4. Eine Röhre 12 verbindet das Gefäss mit einem zweiten Gefäss 13, das an dem Rahmen 2 durch ein unelastisches biegsames Glied 14 aufgehängt ist. Die Flüssigkeit 7 soll zwischen den Gefässen 4 und 13 hin und her fliessen können.
Ein bewegiiches Gewicht 15 hängt von der Röhre 12 herab. Die Kraft kann durch Bewegung
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Gleichgewichtslage zum Ausgangspunkt zurückgebracht wird. Andere Mittel zur Erreichung dieses Zieles sind den hierin unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen ähnlich. Wenn das Gerät eine stabile Gleichgewichtslage hat, so kann die Entfernung des Gefässes 4 aus seiner Ruhelage auf der Skala 10 abgelesen werden. Wenn ein Gerät entweder in der Ausführungsform nach Fig. 1 oder in der nach Fig. 2 befördert werden soll, so müssen geeignete Klemmeinrichtungen vorgesehen sein, damit
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und andere Wettereinflüsse ausgeglichen werden, wenn die Beobachtung an verschiedenen Orten miteinander verglichen werden sollen. Die Methoden zur Ausführung solchen Ausgleichs sind bekannt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Messgerät zur Bestimmung der Schwerebeschleunigung der Erde, dadurch gekennzeichnet, dass ein entgegen der Wirkung der Schwerkraft nachgiebig befestigtes, mit Flüssigkeit gefülltes Hohlgefäss bei einer durch die Schwerkraft bedingten Änderung der Lage des Gefässes Flüssigkeit empfängt, die das Gewicht des Gefässes, die Lageänderung des Gefässes fördernd, ändert.