ИССЛЕДОВАНИЕ  УСКОРЕНИЯ  СВОБОДНОГО  ПАДЕНИЯ  НА  КРАЙНЕМ  СЕВЕРЕ

Герцен  Александра  Викторовна

Мусаева  Хаджар  Фюзули  кызы

студенты  1  курса,  кафедра  ЕНОТД  филиала  ТюмГНГУ  в  г.  Новый  Уренгой,  РФ,  Ямало-Ненецкий  автономный  округ,  г.  Новый  Уренгой

E -mail:  a.svend@mail.ru

Свендровская  Александра  Филипповна

научный  руководитель,  канд.  тех.  наук,  доцент  кафедры  ЕНОТД  филиала  ТюмГНГУ  в  г.  Новый  Уренгой,  РФ,  Ямало-Ненецкий  автономный  округ,  г.  Новый  Уренгой

Койшина  Екатерина  Алимовна

научный  руководитель,  ассистент  кафедры  ГСЭД  филиала  ТюмГНГУ  в  г.  Новый  Уренгой,  РФ,  Ямало-Ненецкий  автономный  округ,  г.  Новый  Уренгой

С  развитием  цивилизации  человек  стал  интересоваться  физическими  параметрами  нашей  планеты,  ее  размерами,  геометрической  формой.  Путь  трансформации  представлений  о  нашей  планете  от  выпуклого  блюда  до  космического  тела,  близкого  к  эллипсоиду,  входящую  в  одну  из  расширяющихся  мегагалактик  (эту  модель  предложил  А.А.  Фридман  в  1929  г.)  отражает  этапы  развития  науки  на  нашей  планете.

Менялось  представление  о  гравитационном  поле  Земли,  Аристотель  в  IV  в.  до  н.  э.  пытался  определить  скорость  падения  тел.  Аль-Хазини  в  XII  в.  выдвинул  гипотезу  о  существовании  силы  притяжения  между  Землей  и  другими  телами.

Открытие  закона  всемирного  тяготения  в  1687  году  Ньютоном  явилось  основой  классической  механики  [3].

Цель  работы:  исследование  ускорения  свободного  падения.

Задачи:  1)  исследование  изменения  ускорения  свободного  падения  в  разных  точках  земли;  2)  экспериментальное  определение  ускорения  свободного  падения  в  г.  Новый  Уренгой;  3)  аналитический  расчет  ускорения  свободного  падения.

Организм  человека  адаптирован  к  земным  условиям  и  физическим  константам  нашей  планеты.  Сила  тяжести  —  физический  фактор,  влияющий  на  все  живое.

Ускорение  свободного  падения,  возникающее  под  действием  силы  тяжести,  варьируется  от  9,780  м/с²  на  экваторе  до  9,832  м/с²  на  полюсах.  Стандартное  значение,  принятое  при  построении  системы  единиц  принято  9,80665  м/с²,  было  определено  как  среднее  значение  на  широте  45,5°  на  уровне  моря,  в  приблизительных  расчетах  принимают  9,81  м/с²;  9,8  м/с².

Это  явление  объясняется  действием  векторов  силы  тяжести  и  центробежной  силы.  На  полюсах  центробежная  сила  равна  нулю,  сила  тяжести  равна  силе  земного  притяжения,  поэтому  здесь  ускорение  свободного  падения  имеет  максимальное  значение  (рис.  1)  [2].

Рисунок  1.  Вектор  силы  тяжести  в  различных  точках  Земли

На  экваторе  вектора  центробежной  и  силы  земного  притяжения  имеют  противоположные  направления,  ускорение  свободного  падения  принимает  минимальное  значение.

В  других  точках  планеты  вектор  силы  тяжести  геометрически  является  диагональю  параллелограмма,  построенного  на  векторах  центростремительной  силы  и  силы  земного  притяжения.  Для  сравнения  приводим  значения  ускорения  свободного  падения  на  других  планетах  [2]:

·     на  Солнце  —  273,1  м/с²;

·     на  Юпитере  —  23,95  м/с²;

·     на  Плутоне  —  0,61  м/с²;

·     на  Луне  —  1,62  м/с². 

Стандартное  значение  ускорения  при  построении  системы  единиц  ускорения  свободного  падения  принято  9,80665  м/с²  на  широте  45,5  на  уровне  моря.

Аномальные  значения  силы  тяжести  наблюдаются  в  местах  залежи  полезных  ископаемых.  В  области  газовой  залежи  наблюдается  эффект  понижения  плотности  геологических  пород  по  отношению  к  рядом  расположенным  структурам,  поэтому  значение  силы  земного  притяжения  и  ускорения  свободного  падения  здесь  уменьшается.  Локальные  минимумы  силы  тяжести  более  10  миллигал  зафиксированы  над  продуктивными  газонасыщенными  месторождениями:  Уренгойское,  Ямбургское,  Заполярное  и  другие.  На  Ямале  проводится  гравиметрический  контроль  разработки  газовых  и  газоконденсатных  месторождений  по  изменению  значения  ускорения  свободного  падения  приборами  с  точностью  до  0,0001  м/с²  [1].

Рисунок  2.  Географические  координаты  г.  Новый  Уренгой

Географические  координаты  г.  Новый  Уренгой:

·     широта:  66°04′59″  с.ш.;

·     долгота:  76°37′59″  в.д.;

·     высота  над  уровнем  моря:  45  м;

Координаты  г.  Новый  Уренгой  в  десятичных  градусах:

·     широта:  66,0833300;

·     долгота:  76,6333300.

Новый  Уренгой  расположен  на  расстоянии  60  км  от  северного  полярного  круга,  и  значение  ускорения  свободного  падения  должно  приближаться  к  максимальному.  Город  Новый  Уренгой  расположен  рядом  с  крупнейшим  в  мире  газовым  месторождением,  следовательно,  значение  ускорения  свободного  падения  в  г.  Новый  Уренгой  должно  уменьшаться.  На  Ямале  проводится  гравиметрический  контроль  разработки  газовых  и  газоконденсатных  месторождений  по  изменению  значения  ускорения  свободного  падения  приборами  с  точностью  до  0,0001  м/с²  [1].

В  лабораторных  условиях  Ямальского  нефтегазового  института  было  определено  ускорение  свободного  падения  в  г.  Новый  Уренгой.

За  основу  расчетов  выбрана  формула  [2]:

  (1),

где:  h  —  высота,  м;

t  —  время  падения,  с.;

g  —  ускорение  свободного  падения,  м/с²  .

Следовательно, 

  (2).

С  высоты  h  падение  тела  фиксировалось  видеосъемкой.  Программа  для  обработки  звука  “Sony  —  Sound  Forge”  позволила  определить  с  точностью  до  0,001  секунды  начальную  и  конечную  временные  точки  падения  тела. 

Рисунок  3.  Диаграмма  записи  звука

Нами  получены  следующие  экспериментальные  данные:

h  =  1,92  м;

количество  опытов  n  =  10;

среднее  значение  времени  t=0,627  с. 

Произведем  расчеты:

9,7678  м/с²

Аналитический  расчет  ускорения  свободного  падения  проводился  по  формуле:

g  =  9,780327[1+0,0053024sin²φ-0,0000058  sin²2φ]  –  3,086∙10^-6h  (2),

где:  φ  —  широта  рассматриваемого  места; 

h  —  высота  над  уровнем  моря  в  метрах.

Произведем  расчеты:

g  =  9,780327[1+0,0053024sin²66,0833300-0,0000058sin²(2∙66,0833300)]  –  3,086∙10^-6∙45=9,780809095м/с².

На  основании,  проведенных  нами  экспериментальным  путем  опытов,  можно  сделать  следующий  вывод: 

Полученное  нами  значение  ускорения  свободного  падения  в  г.  Новый  Уренгой  —  9,7678  м/с²,  которое  близко  с  значением,  полученным  аналитически.  Выявить  влияние  Уренгойского  газового  месторождения  на  значение  ускорения  свободного  падения  возможно  только  с  использованием  более  точно  приборов  —  гравиметров. 

Можно  сказать,  что  ускорение  свободного  падения  уникально  для  каждой  точки  нашей  планеты.

Список  литературы:

1.Андреев  О.П.,  Кобылкин  Д.Н.,  Ахмедсафин  С.К.,  Кирсанов  С.К.,  Безматерных  Е.Ф.,  Кривицкий  Г.Е.  Гравиметрический  контроль  разработки  газовых  и  газоконденсатных  месторождений.  Состояние,  проблемы,  перспективы.  М.:  НЕДРА,  2012.  —  374  с.

2.Енохович  А.С.  Краткий  справочник  по  физике.  М.:ОНИКС,  2012.  —  288  с.

3.Юркина  М.И.  Бровар  Б.В.  Об  эволюции  содержания  главных  задач  геодезии  и  гравиметрии  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://geodesy-ngc.gcras.ru/fiches/Yurkina_Brovar_vestnik_11.pdf  (дата  обращения  25.04.2014).