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GRAVIMETRE
La détermination précise de la variatiôn du champ de gra- vité de la terre a une grande importance à titre d'adjuvant pour l'exploitation de la croûte terrestre en vue de découvrir les dépôts de minéraux. Grâce aux mesures du ohamp de gravité, il est parfois possible de déterminer la position de ces dépôts.
Précédemment, il a été usuel d'employer divers instru- ments comme le pendule de Sternbeok et la balance d'Eötvös.
Cependant les opérations de mesure effectuées au moyen de ces instruments exigent des manipulations et un temps considérables, On s'est donc proposé, suivant la présente invention, principale- ment de réaliser un instrument pour déterminer l'accélération de gravitation de la terre d'une manière plus rapide et plus simple que par le passé.
L'instrument conforme à la présente invention comporte une masse oreuse reliée à un ressort vertical et à un système à fluide, de telle façon que, lorsque le ressort s'allonge, une certaine quantité de fluide s'écoule dans la masse creuse, ce qui augmente son poids et assure un allongement supplé- mentaire du ressort. De la sorte, on voit qu'un léger change- ment de la longueur du ressort, provoqué par une variation dans le ohamp de gravité, aura pour effet un ohangement facile à mesurer de la position de la masse. On voit ainsi que l'on peut donner une sensibilité désirée quelconque à un ressort
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oapable de supporter une masse considérable.
Suivant la présente invention, on y parvient en ce sens que la déformation due à l'action d'une force primaire provoque automatiquement la mise en action d'une force auxiliaire, qui tend à augmenter encore cette déformation. La valeur de l'accroissement de la déformation peut être réglée comme on le désire.
D'autres détails de la présente invention seront plus apparents grâoe aux dessins annexés qui illustrent, à titre d'exemple, des modes d'exécution particuliers de l'invention.
La fig. 1 est une vue schématique d'un mode d'exéoution de l'invention utilisant deux réoipients à fluide fixés au soole de l'appareil ;
La fig. 2 est une vue schématique d'un autre mode d'exécution de l'invention utilisant seulement un récipient à fluide solidaire du socle.
Si l'on se réfère à la fig, l, on voit qu'un ressort à boudin 1 est suspendu, à son extrémité supérieure à une poutre 2 solidaire du soole 3. L'extrémité inférieure du ressort 1 est réunie à un vase 4. Ce vase est réuni par un système tubulaire 5 à un récipient annulaire 6 fixé au socle 3 de l'instrument. Le système tubulaire est entièrement rempli du fluide 7 et le vase 4 et le récipient 6 sont partiellement remplis. Le tube 5, comme on le voit sur le dessin, s'étend à l'intérieur du liquide dans le récipient 6, et il est libre de ce déplacer de haut en bas ou de bas en haut entre certaines limites sans dépasser la surface du liquide. Des butées 8 et 9 sur la graduation 10 définissent les limites entre lesquelles le vase 4 peut se déplacer.
Le tube 5 est réuni rigidement au vase 4. A titre d'exemple on admettra que le ressort 1 suit la loi de Hooke; alors la force F qui agit sur le ressort est donnée par la formule F - K(L-L), dans laquelle K est une oonstante du ressort, L est la longueur du ressort et Lo est la longueur de ce
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ressort non tendu. Dans un appareil de mesure de la gravité, la force F sera une force de gravitation. La force de gravitation est donnée par la formule Fg = (M1-Mo)g, dans laquelle g représente l'accélération de la gravité, Mo est une masse constante et M1 est une masse proportionnelle à la longueur L du ressort, en sorte que l'équation ci-dessus peut s'écrire de la manière suivante : Fg= (cL-Mo)g, dans laquelle M1 = oL, o étant une oonstante.
La valeur de o et de Mo dépend des surfaces des sections transversales des deux surfaces du fluide, de la densité du fluide, de la masse du vase 4 et du tube de communication 5, et aussi de la surface du fluide dans le récipient 6. Ces constants peuvent recevoir toutes valeurs déterminées à l'avance, grâce à un calcul approprié de l'appareil.
Pour effectuer des mesures de gravité au moyen du présent appareil, on nivelle et on calibre convenablement cet appareil, le liquide, dans le vase 4, étant au même niveau que dans le récipient 6, avec lequel il est en communication grâce au système tubulaire 5 rempli de liquide.
On voit que tout accroissement de la valeur de la force de gravité agissant sur la masse du vase 4 provoquera un abaissement de ce vase, aveo tension du ressort 1. Cependant le liquide tendra, dans le vase 4, à rester au même niveau que dans le récipient 6, et une certaine quantité de liquide passera donc par siphonage dans le vase 4, en provenance du récipient 6, par l'intermédiaire du système tubulaire 5.
L'accroissement résultant de la masse de liquide dans le vase 4 provoquera une tension supplémentaire du ressort 1 et aooentuera le mouvement de descente du vase 4. Il est évident qu'il se produira un processus inverse dans le cas d'une diminution quelconque de la valeur de la force de gravité, une partie du liquide passant, dans ce cas, par
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siphonage, du vase 4 au récipient 6.
On supposera, pour plus de simplicité que la force élastique et la force de gravitation sont les seules forcer à agir. En d'autres termes, on supposera que la force de
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gravitation doit être mesurée. Alors, pour avoir l'équilibre, on aura: K(L-LoÎ-(oL-Mo)g - 0, et en conséquence g.K(L-Lo) . oZ Mo ? Pour de petits changements de la gravité, on peut donner la formule suivante:
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En réglant convenablement les constantes de l'appareil, il est donc possible d'obtenir un déplacement quelconque déterminé à l'avancer pour un changement relatif donné de la gravité. En réglant les constantes K, c, Lo et Mo, il est possible de donner à l'instrument une stabilité indifférente, c'est-à-dire que pour une valeur donnée de la gravité, l'instrument sera stable pour une valeur quelconque de L.
Grâce à cette disposition, l'instrument sera infiniment sensible aux changements de la gravité. Pour de petits changements de la gravité, l'instrument n'aura pas de position de stabilité. Il n'y aura, cependant, une position de métastabilité lorsque les forces élastiques équilibrent exactement les autres forces. La position d'équilibre métastable peut être utilisée en vue de mesurer des forces. Si les forces sont mesurées par la méthode de métastabilité, l'opération de mesure consiste à ramener toujours le point de métastabilité au même point.
On peut y parvenir, par exemple, en ajoutant ou en enlevant de petits poids au vase 4 ; en élevant ou en abaissant le récipient 6;en élevant ou en abaissant le point de suspension du ressort principal 1 ; ou par divers autres moyens, comme le verront les spécialistes.
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Si les foroes doivent être mesurées par la méthode de stabilité, ou bien le point de stabilité sera ramené au même point par l'un des moyens décrits ci-dessus, ou bien le déplacement du vase 4 sera lu sur la graduation 10,
Lorque l'instrument est employé comme gravimètre de très haute précision, il est nécessaire qu'il soit exactement nivelé. Si les récipients 4 et 6 sont de forme annulaire, le besoin d'un nivellement précis est réduit dans une limite raisonnable. Le nivellement peut être assuré par des vis de nivellement 11 montées sur le soole 3.
Si l'on se réfère à la fig. 2 qui montre une variante de l'instrument représenté sur la fig. 1, on voit que les pièces correspondantes ont la même référence. Un ressort 1 est suspendu à une poutre 2 solidaire du socle 3, et il porte à son extrémité inférieure un vase 4. Un tube 12 relie le vase à un second vase 13 qui est suspendu à la poutre 2 par un organe flexible non élastique 14. Le liquide 7 peut passer librement du vase 4 au vase 13 et inversement.
Un poids mobile 15 peut être suspendu au tube 12.
La force peut être mesurée en faisant varier la position du poids 15 sur le tube 12, et en ajoutant des poids analogues jusqu'à ce que la position d'équilibre ait été ramenée au point de départ. D'autres moyens d'obtenir ce résultat sont analogues à ceux qui ont été décrits précédemment en se référant à la fig, 1. Si l'instrument a une position d'équilibre stable le déplacement du vase 4 peut être mesuré sur la graduation 10. Lorsque l'instrument, soit sous la forme représentée sur la fig. 1, soit sous la forme représentée sur la fig. 2, est transporté, il est nécessaire de prévoir un mécanisme de serrage approprié, afin que le ressort ne subisse pas de distorsion.
Il est nécessaire, de plus, de prévenir le jaillissement du liquide et, à cet effet, on a
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prévu les colliers 16 au sommet de ohaque récipient ou vase.
Lorsqu'une préoision extrême est exigée, on doit oompenser les effets de la température et les autres effets des intempéries, afin que les observations faites en différents endroits puissent être mises en oorrélation. Les méthodes pour effeotuer oes compensations sont bien oonnues dans oette teohnique spéciale.