Messgerät zur Bestimmung der Schwerebeschleunigung der Erde: Die genaue Bestimmung der Änderungen des Schwerefeldes der Erde ist als ein Hilfs mittel für die Durchforschung der Erdober fläche nach Minerallagerstätten von grosser Bedeutung. Es ist oftmals durch Messung des Schwerefeldes möglich, die Lage solcher La gerstätten zu bestimmen.
Für diesen Zweck sind bisher schon ver schiedene Geräte, wie zum Beispiel das Sternbeckpendel und die Eötvös'sche Dreh waage in Gebrauch gewesen. Messungen mit diesen Geräten fordern aber erheblichen Ar- beits- und Zeitaufwand. Mit dem Gerät zur Bestimmung der Schwerebeschleunigung der Erde gemäss der Erfindung können dem gegenüber schnellere und einfachere Messun gen durchgeführt werden.
Das Gerät nach vorliegender Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein entgegen der Wirkung der Schwerkraft nachgiebig be festigtes, mit Flüssigkeit teilweise gefülltes Hohlgefäss bei einer durch eine Schwerkrafts- änderung bedingten Änderung der Lage des Gefässes eine Änderung des Flüssigkeits inhaltes erfährt, die das Gewicht des Ge fässes ändert und dadurch eine weitere Lage änderung herbeiführt.
Die Zeichnung zeigt schematisch zwei Aus führungsbeispiele des Erfindungsgegenstan des.
Nach Fig. 1 ist eine Spiralfeder 1 an ihrem obern Ende an einem Balken 2 be festigt, der mit der Grundplatte 3 eine Ein heit bildet. Der untere Teil der Feder 1 ist an einem Gefäss 4 befestigt. Dieses Gefäss ist durch ein Röhrensystem 5 mit einem ringför migen Behälter 6 verbunden, der auf der Grundplatte 3 des Gerätes ruht. Das Röhren system ist vollständig mit einer Flüssigkeit 7 gefüllt, während das Gefäss 4 und der Be hälter 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. Unter der Voraussetzung, dass die elastische Deformation der Feder 1 dem Hooke'schen Gesetz folgt, wird die Kraft F, die auf die Feder wirkt, durch die Formel <I>F =</I> K (L-L") gegeben, wobei K die Federkonstante.
L die Länge der belasteten Feder und L" die Länge der unverlängerten Feder ist. Bei einem Schwerkra.ftmessgerät wird die Kraft F von der Schwerebeschleunigung abgängig sein.
Die Schwerkraft wird durch die Formel F,. <I>=</I> (IN, <I>-</I> 310) <I>9</I> gegeben, wobei g die Schwerebeschleunigung. 31o eine konstante, fiktive 'lasse, welche bei einer Federlänge gleich Null auftreten würde und 311 eine der Federlänge L proportionale Masse ist, so da.ss die oben gegebene Gleichung auch wie folgt geschrieben werden kann:
F,. <I>=</I> (cL <I>-</I> Mo) g In dieser Formel ist 311 = cL gesetzt, wo bei c eine Konstante ist. Die Werte von c und Mo hängen von der Q,uerschnittsgrösse der zwei Flüssigkeitsoberflächen, der Flüssig keitsdichte, den -Massen des Gefässes 4. der Feder 1 und der Verbindungsröhre 5 und auch von der Flüssigkeitshöhe in dein Gefäss 6 ab. Diese Konstanten können durch richtige Wahl der Apparatebestandteile vorgegeben werden.
Um die Schweremessung mit dem be schriebenen Gerät durchzuführen, wird es genau horizontal eingestellt und kalibriert, wobei die Flüssigkeit in dem Gefäss 4 in der selben Höhe wie in dem Gefäss 6 steht, mit dem es mittels des flüssigkeitsgefüllten Röhrensystems 5 verbunden ist. Wie ersicät- lich, wird ein auf die Masse des Gefässes -1 einwirkendes Anwachsen der Schwerkraft das gesamte Gefäss unter Spannung der Fe der nach abwärts bewegen.
Die Flüssigkeit in dem Gefäss 4 hat aber das Bestreben. auf derselben Höhe. zu bleiben. auf der sie in dein Behälter 6 steht, so dass eine gewisse -Menge Flüssigkeit von dem Behälter 6 durch das Röhrensystem 5 in das Gefäss 4 strömt. Die dadurch erfolgende Massenvermehrung der Flüssigkeit in dein Gefäss 4 wird zu weiterer Ausdehnung der Feder 1 Anlass geben, und die Abwärtsbewegung des Gefässes 4 fördern.
Offenbar wird ein umgekehrter Vorgang sich bei einer Abnahme der Schwerkraft abspie len. in welchem Falle ein Teil der Flüssigkeit von dem Gefäss 4 in den Behälter 6 zurück läuft.
Es sei der Einfachheit halber angenom men, dass die Federkraft und Schwerkraft die einzigen wirkenden Kräfte seien, mit andern Worten, es möge angenommen werden, dass die Schwerkraft gemessen werden soll.
Für das Crleiehgewicht gilt: K(L <I>-</I> L") <I>-</I> (eL <I>-</I> 31")g <I>- 0</I> infolgedessen ist
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Für kleine Änderungen der Schwerkraft gilt folende.
Formel- Zn
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Es ist daher durch richtige -Fahl der Konstanten des Gerätes möglich, jede vor gegebene Längenänderung des<I>d H</I> für eine gegebene, verhältnismässige Schwerkraft-@- 5nderung zu erhalten.
Dureh Wabl der Konstanten K, <I>c, L"</I> und :!I" ist es möglich, das Instrument; bei einen gegebenen Sehwerkraftswert in indifferentes Cleichgewicht zu bringen, d. h. dass es bei diesem Wert bei irgendeinem Wert von L sta bil ist. -Mit andern Worten, in der Gleichung
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ist dann das zweite Glied unabhängig von L, d. h.
31" = cLC,. Durch diese Anordnung wird das Gerät unendlich empfindlich gegen Schwerkraftsänderungen, wie aus der oben ;regebenen Gleichung für
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hervorgeh'c, denn eL" <I>-</I> illo wird dann gleich 0 und <I>d</I> i < I wird unendlich.
Kleinen Änderungen der Schwerkraft gegenüber wird das Instrument labil sein, bei jedem Schwerkraftswert ist aber ein Zustand zu finden, bei dem das In strument Änderungen von H gegenüber in different ist, welcher Zustand bestimmt ist durch
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und als metastabiler .Zustand bezeichnet wird. Dieser Zustand-. des metastabilen Gleich gewichtes kann zur Messung des Schwer kraftswertes benutzt werden.
Wenn die Schwerkraft durch) die Metastabilitätsmethode gemessen wird, besteht die Messung darin, das Instrument jedesmal in den metastabilen Zustand zu bringen. Dies kann zum Beispiel 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 Sen ken des Aufhängepunktes der Feder 1 oder auf irgendeine andere, einem Fachmann ge läufige Weise; die Grösse der vorzunehmen den Änderung liefert dann ein Mass für den gesuchten Schwerkraftswert.
Wenn die Kräfte nach der Stabilitäts- methode gemessen werden, wobei also das In strument kleinen Schwerkraftsänderungen gegenüber nicht labil, sondern stabil ist, so kann die Ruhelage entweder durch eines der oben beschriebenen Mittel immer auf densel ben Punkt zurückgebracht werden, oder aber die Lageänderung des Gliedes 4 kann auf der Skala 10 abgelesen werden.
Wenn das Gerät zum Messen der Erd- schwerebeschleunigung benutzt wird, ist es notwendig, es genau horizontal einzu stellen. Wenn die Behälter 4 und 6 ringför mige Gestalt haben, so ist die Notwendigkeit des genauen Nivellierens auf ein beherrsch bares Mass reduziert. Das Nivellieren kann durch Schrauben 11 geschehen, die an der Grundplatte 3 befestigt sind.
In Fig. 2, die eine Abänderung des Ge rätes nach Fig. 1 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 untern 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 Ge fässen 4 und 13 hin- und herfliessen können.
Ein bewegliches Gewicht 15 hängt von der Röhre 12 herab. Die Kraft kann durch Bewegung des Gewichtes 15 auf der Röhre 12 gemessen werden und durch Zufügung ähnlicher Gewichte, bis die Gleichgewichts lage zum Ausgangspunkt zurückgebracht ist. Andere Mittel zur Erreichung dieses Ziels 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 Ruhe lage auf der Skala 10 abgelesen werden. Nenn ein Gerät entweder in der Ausfüh rungsform nach Fig. 1 oder in der nach Fig. 2 befördert werden soll, so müssen geeignete Klemmeinrichtungen vorgesehen sein, damit die Feder nicht gezerrt wird. Es .ist weiterhin notwendig, das Spritzen der Flüssigkeit zu vermeiden, zu welchem Zwecke Kragenteile 16 im Kopf jedes Behälters oder jedes Ge fässes vorgesehen sind.
Wenn ausserordentlich hohe Genauigkeit erforderlich ist, müssen die Einflüsse der Temperatur und andere Wettereinflüsse aus geglichen werden, wenn die Beobachtungen an verschiedenen Orten miteinander verglichen werden sollen. Die Methoden zur Ausführung solchen Ausgleiches sind bekannt und werden nicht beansprucht.