Заттың магниттік қасиеттері. Физика, 10 сынып, қосымша материал.

Раздел 10.4А Приложение 2

http://biofile.ru/geo/23299.html

Сейсмограф с магнитной записью

Что именно происходит с грунтом во время землетрясения? Чтобы получить ответ на этот вопрос, были разработаны сейсмографы, которые измеряют параметры колебаний грунта.

Поскольку в области крупного землетрясения колебания могут быть чрезвычайно сильными, необходимо создать регистрирующие приборы, способные выдерживать удары сейсмических волн и не зашкаливать. Первый описанный во всех подробностях регистратор землетрясений был своего рода произведением искусства; его изобрел около 132 г. н.э. китайский ученый Чжан Хэн. По своей конструкции этот прибор представлял собой сейсмоскоп: в отличие от сейсмографа, он не давал полной временной развертки сейсмических колебаний, а просто указывал направление главного толчка.

Первые надежные сейсмографы были построены незадолго до начала XX века. Хотя к настоящему времени такие инструменты стали более сложными, основной принцип их устройства остался неизменным. На раме, укрепленной на грунте, свободно подвешено массивное тело. Таким образом, положение этой массы практически не зависит от колебаний рамы. При сотрясениях рамы во время сейсмических толчков инерция массы заставляет ее отставать от колебании рамы, и это относительное смещение, записывав на бумаге, намотанной на вращающийся барабан (в современных приборах колебания регистрируются фотографическим путем или на магнитной ленте). Получаемая запись называется сейсмограммой. Для записи вертикальных движений масса прикрепляется к пружине, на которой она качается вверх-вниз, как груз на бытовых пружинных весах. Именно эти качания и записываются на сейсмограмме. Для измерения боковых колебаний грунта масса обычно прикрепляется к горизонтальному маятнику, который раскачивается, как дверь на петлях.

Если мы построим простой сейсмограф, укрепив массу на конце спиральной пружины или резиновой ленты, и будем водить колебательные движения рукой, то обнаружится, что масса продолжает колебания и тогда, когда наша рука уже находится в покое. Эти свободные колебания маятника ничего не могут рассказать о движениях грунта. Поэтому колебания маятника надо заглушить, с помощью какого-либо механического или электрического приспособления. Если это сделано, то смещение массы относительно рамы может служить мерой колебаний грунта. Но и тогда запись такого относительного движения в большинстве случаев не соответствует истинным колебаниям грунта; таким образом, большинство сейсмограмм не дает точной картины того, что происходит с грунтом во время землетрясения. При расчете истинного движения грунта необходимо учитывать физические закономерности колебаний маятника.

В современных сейсмографах при колебаниях маятника относительно корпуса прибора создается электрический сигнал, который усиливается электронным путем в тысячи и даже сотни тысяч раз; этот усиленный сигнал приводит в действие перо самописца, в результате чего и получается сейсмограмма. Электрические сигналы с маятника сейсмографа могут также записываться на магнитную ленту (как записываются на магнитофон звуковые волны, попадающие в микрофон). В этом случае запись колебаний грунта сохраняется в магнитной форме и, когда потребуется, ее можно воспроизвести с магнитной ленты на каком-либо видеоустройстве; ту же ленту можно проиграть и через динамики, которые воспроизведут звуки землетрясения.

Для получения записи сильных колебаний грунта, с которой можно было бы непосредственно считывать ускорение, скорость и амплитуду смещения, разработаны специальные сейсмографы. Наиболее распространенные сейсмографы для регистрации сильных движений записывают непосредственно ускорения грунта и называются акселерографами. Большинство этих приборов не дают непрерывной записи, а вводятся в действие первыми волнами начавшегося землетрясения. Дело в том, что даже в таких местах, как Калифорния и Япония, месяцами или даже годами может не происходить сильных сейсмических колебаний грунта, которые надо было бы записывать. Следовательно, непрерывная работа сотен таких приборов не нужна. Конструкция этих приборов предусматривает их включение под действием большого ускорения грунта. Запись продолжается несколько минут или до того момента, когда колебания грунта снова затихают до неощутимого уровня. Приборы для сильных движений обычно способны записать ускорения грунта, превышающие ускорение силы тяжести.

Запись ускорения сильных движений грунта имеет на акселерограмме вид волн. Часто бывает невозможно различить отдельные типы сейсмических волн: продольные, поперечные и поверхностные, в особенности, если наблюдатель находится близко к очагу землетрясения. Сейсмологи предпринимают сейчас большие усилия, чтобы как можно лучше расшифровать эти важные записи колебаний грунта.

В этом описании выделены приборы для сильных движений, рассчитанные на запись самых сильных колебаний, так как они рассказывают нам о характере ощутимых и разрушительных сотрясений. Однако большинство сейсмографов, рассеянных по всему миру, особенно приборы, установленные более чем на 1000 постоянно действующих сейсмических станций, это очень чувствительные «уши, приложенные к телу Земли». Они могут обнаруживать и записывать слабые землетрясения, возникающие на очень больших расстояниях.