Первый сейсмограф придумали еще в 132 году в Китае. Его изобрел астроном Чжан Хен для китайского императора. Простейший сейсмограф успешно использовали в предсказании землетрясений. Прибор представлял собой двухметровую чашу с медным куполом. По кругу чаши находились головы драконов, а внутри подвешивали маятник. В открытые пасти каждого дракона вкладывали бронзовый шарик.

Вокруг чаши сидели бронзовые жабы с открытыми ртами. При малейших сейсмических колебаниях маятник начинал раскачиваться и выбивал шарик из пасти драконов в рты жабам. Оповещением служил громкий звук, образующийся от удара металла. Место падения помогало определить, где находится эпицентр землетрясения. Историки утверждают, что древний инструмент мог улавливать толчки на расстоянии 600 км от места установки.

Сделать сейсмограф своими руками проще, чем кажется. Возьмите металлический груз с заостренным концом и подвесьте его над горизонтальной поверхностью. Присыпьте поверхность мукой или другим порошком и опустите гирю так, чтобы наконечник слегка касался плоскости.

Во время колебаний груз начнет двигаться, а линии, начерченные острым концом, укажут направление и позволят определить силу сейсмических волн.

Вот еще интересные варианты:

Полноценные сейсмографы появились только в конце прошлого века. Сегодня это электронные устройства, умеющие определять малейшие колебания и предсказывать стихию.

Но современное оборудование, используемое профессионалами, работает по тем же принципам. Приборы состоят из сейсмоприемника или сейсмометра и регистрирующего (записывающего) устройства.

Сейсмограф (от др.-греч. σεισμός - землетрясение и др.-греч. γράφω - записывать) или сейсмометр - измерительный прибор, который используется в сейсмологии для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн. Прибор для определения силы и направления землетрясения .

Первая известная попытка изготовить прибор, предсказывающий землетрясения, принадлежит китайскому философу и астроному ЧжанХэну.

ЧжанХэн изобрел устройство, которому дал имя Хоуфэн «» и которое могло фиксировать колебания земной поверхности и направление их распространения.

Хоуфэн и стал первым в мире сейсмографом. Прибор состоял из большого бронзового сосуда диаметром 2 м, на стенках которого располагались восемь голов дракона. Челюсти у драконов раскрывались, и у каждого в пасти был шар.

Внутри сосуда находился маятник с тягами, прикрепленными к головам. В результате подземного толчка маятник приходил в движение, действовал на головы, и шар выпадал из пасти дракона в открытый рот одной из восьми жаб, восседавших у основания сосуда. Прибор улавливал подземные толчки на расстоянии 600 км от него.

1.2. Современные сейсмографы

Первый сейсмограф современной конструкции изобрел русский ученый, князь Б. Голицын , который использовал преобразование механической энергии колебаний в электрический ток.

Конструкция довольно проста: грузик подвешивается на вертикально или горизонтально расположенной пружине, а к другому концу груза крепится перо самописца.

Вращающаяся бумажная лента служит для записи колебаний груза. Чем сильнее толчок, тем дальше отклоняется перо и дольше колеблется пружина.

Вертикальный груз позволяет регистрировать горизонтально направленные толчки, и наоборот, горизонтальный самописец записывает толчки в вертикальной плоскости.

Как правило, горизонтальная запись ведется в двух направлениях: север–юг и запад-восток.

В сейсмологии в зависимости от решаемых задач используются различные виды сейсмографов: механический, оптический или электрический с различными видами усилений и методами обработки сигнала. Механический сейсмограф включает чувствительный элемент (обычно маятник и демпфер) и самописец.

Основание сейсмографа жёстко связано с исследуемым объектом, при колебаниях которого возникает движение груза относительно основания. Записывается сигнал в аналоговой форме на самописцах с механической записью.

1.3. Создание сейсмографа

Материалы: Картонная коробка; шило; лента; пластилин; карандаш; фломастер; бечевка или крепкая нитка; кусок тонкого картона.

Рамой для сейсмографа послужит картонная коробка. Нужно, чтобы она была сделана из достаточно жесткого материала. Открытая ее сторона будет лицевой частью прибора.

Надо проделать шилом отверстие в верхней крышке будущего сейсмографа. Если жесткости для «рамы » не хватает, надо обклеить скотчем углы и ребра коробки, укрепив ее, как показано на фотографии.

Скатать шарик из пластилина и проделать в нем отверстие карандашом. Протолкнуть фломастер в отверстие таким образом, чтобы кончик его ненамного высовывался с противоположной стороны пластилинового шарика.

Это указатель сейсмографа, предназначенный для того, чтобы вычерчивать линии земных вибраций.

Пропустить конец нити через дырочку в верхней части коробки. Установить коробку на нижнюю сторону и подтянуть нить таким образом, чтобы фломастер был свободно подвешен.

Привяжите верхний конец нити к карандашу и вращайте карандаш вокруг оси, пока не выберете слабину нити. Когда фломастер повиснет на нужной высоте (то есть будет лишь слегка касаться дна коробки), зафиксируйте карандаш на месте с помощью скотча.

Подсунуть лист картона под кончик фломастера на дно коробки. Отрегулировать все так, чтобы кончик фломастера легко касался картона и мог оставлять линии.

Сейсмограф готов к работе. Он использует тот же принцип действия, что и настоящее оборудование. Утяжеленный подвес, или маятник, будет более инерционным по отношению к тряске, чем рамка.

Чтобы проверить устройство на деле, незачем дожидаться землетрясения. Просто надо встряхнуть рамку. Подвес останется на месте, но начнет чертить линии на картонке, как самый настоящий.

132 год н.э. китайцем был изобретён первый прибор. В конце 18 века был изобретён третий прибор измерения землетрясений – сейсмограф. Сейсмограф – прибор, который измеряет изменение смещений во времени; запись прибора – сейсмограмма. Можно определить: время землетрясения, амплитуду, период. Сейсмограммы используются для определения места положения гипоцентра землетрясения и магнитуды землетрясения.

Наибольший интерес для проектировщиков представляет ускорение, т.к. S=a·m.

Акселерограф – прибор записывающий изменение ускорения во времени, запись называется акселерограмма.

Шкалы землетрясений

Шкала Рихтера (шкала магнитуд)

Магнитуда – это энергетическая характеристика очага землетрясений. Величина является логарифмической (энергия между одной целой магнитудой отличается в 10 раз). Магнитуда от латинского – величина.

Шкала интенсивности

Интенсивность – степень ущерба в определённом месте. EMS-98 – европейская макросейсмическая шкала; двенадцати бальная шкала. ДСТУ 5 В.1.1-28:2010

Уязвимость – способность объекта получать необратимый убыток, измеряемый потерей его качеств или свойств по сравнению с состоянием до землетрясения (относительная повреждённость объекта). Классы уязвимости объекта: A (A 1 , A 2), B, C, D, F (F 1 , F 2) – характеризуют способность сооружений оказывать сопротивление сейсмическим воздействиям, в зависимости от материала конструкции, проектного уровня сейсмостойкости, проектного решения и качества строения.

A 1 – здания из камня соманного камня, из известняка, уложенного без перевязки, из ракушечняка.

F 2 – здания с системами сейсмо-изоляции и гасителями колебаний

I балл – неощутимое;

II бала – едва ощутимое, ощущается некоторыми людьми на верхних этажа зданий;

III балла – слабое землетрясение, лёгкое раскачивание висячих предметов;

IV балла – заметное сотрясание, ощущается внутри здания;

V баллов – сильное землетрясение, пробуждение, ощущается как внутри здания так и на открытых участках;

VI – лёгкие повреждения;

VII – повреждения;

VIII – значительные повреждения;

IX – разрушительное землетрясение;

X баллов – всеобщее разрушение зданий;

XI баллов – опустошительное разрушение;

XII баллов – изменение рельефа местности, полное разрушение.

Классификация объектов

«альфа» – восприятие человека;

«бетта» – предметы быта;

«гамма» – строение;

«эпсилон» – объекты природной среды.

Землетрясение, которое было на Гаити – семь магнитуд, в Одессе – семь баллов.

Лекция 5 - 01.11.12

В соответствии с этой шкалой 6-ти баллам будет соответствовать:

«альфа» - ощущаются большинством людей внутри и снаружи, некоторые люди теряют равновесие, выходят на улицу;

«бетта» - мелкие предметы с обычным уровнем устойчивости могут упасть, в некоторых случаях мебель может разрушиться, разбиться посуда или стекло;

«гамма1» - повреждение первой степени во многих зданиях, класса уязвимости А и Б, в некоторых – второй степень;

«эпсилон1» - возможно изменение дебита (соотношение воды) в родниках, колебание воды в колодцах, в горных районах возможны обвалы малых и средних объёмов.

Соотношение между интенсивностью землетрясения и магнитудой,

в зависимости от глубины очага

Глубина, м	Магнитуда

Со времени образования земного шара основание поверхности постоянно находится в движении. Земная кора при движении может привести к страшным последствиям в виде такого явления, как землетрясение. При наползании одной плиты на другую накапливается внутреннее напряжение материковой коры, при прохождении критической точки освобождается накопленная энергия, вызывая страшные разрушения. Чтобы избежать жертв при землетрясении и для исследований самого явления, был изобретен прибор сейсмограф. С его помощью стало возможно определять количество энергии, высвобожденное при колебаниях земной коры.

Что такое сейсмограф

Само слово "сейсмограф" происходит от греческого и прямо обозначает "записывать", "землетрясение". Самый древний сейсмограф был изготовлен в древнем Китае. Он представлял собой большую бронзовую чашу, которая держалась на восьми драконах, в раскрытой пасти каждого дракона находился шар. Внутри чаши был подвешен маятник, прикрепленный к стойке, которая была установлена жестко на основании плиты, лежащей на поверхности земли. При возникновении колебания маятник ударял по стенке чаши, и из пасти дракона выпадал шар, попадая в пасть металлической жабе, находящейся внизу этой конструкции. Такое устройство могло фиксировать колебания за 600 км от ее нахождения.

Принцип работы

Принцип работы сейсмографа основан на передаче колебаний предметам, установленным на участке земной коры. При нахождении одной плиты земной коры на другую накапливается огромное количество энергии, при ее высвобождении происходит сотрясение.

Что такое сейсмограф? Современные приборы состоят из маятника, подвешенного на нити и закрепленного к стойке, прочно стоящей на грунте. На конце маятника имеется перо, которое при колебании будет вычерчивать амплитуду значения деформации. Барабан с бумагой, на которой будет отображаться процесс землетрясения, устанавливается также на грунте жестко. Когда происходит землетрясение, маятник за счет инерции остается на месте, а барабан с бумагой совершает колебательные движения, вычерчивая значение энергии, высвобождаемой при явлении землетрясения. Современные приборы способны контролировать даже незначительные изменения, не несущие разрушения.

Что такое сейсмограф у животных? Их организм устроен так, что малейшие изменения в атмосфере и состоянии земной поверхности в радиусе нескольких километров вызывают у них тревогу. Срабатывает закон самосохранения, и они покидают опасные территории. Самыми чувствительными к явлению землетрясения считаются относящиеся к видам амфибий и рептилий, то есть змеи, лягушки, ящерицы.

Характеристики

Современные сейсмографы способны определять и измерять амплитуду колебаний в трех плоскостях. Измеряя виброскорость, сейсмографы имеют диапазон частот измерения от 0,3 до 500 Гц, при диапазоне измерения скорости колебания - от 0,0002 до 20 мм/с. Сейсмографы бывают как переносные, так и стационарные. Последние выполняют больших размеров и устанавливают конкретно один раз и на весь срок службы. Переносные возможно переустанавливать в определенное место в зависимости от местности. Все современные модели снабжены программными интерфейсами и передают напрямую все свои измерения в базу данных на компьютер.

Особенности применения

Что такое сейсмограф и куда его установить? Его размещают на потенциально опасных участках, где возможны проявления колебаний земной коры. Переносные сейсмографы устанавливают на участках горных или подземных разработок, чтобы избежать человеческих жертв, предупредив землетрясения и эвакуировав рабочий персонал. При установке следует учитывать, что прибор может давать серьезные погрешности, если устанавливать его вблизи дорог, где возможен проезд тяжелой техники.

Сейсмограф - прибор, регистрирующий колебания грунта при землетрясении . В наше время это сложные электронные устройства. У современных сейсмографов были свои предшественники. Первый сейсмограф был изобретён в 132 г. в Китае, а настоящие сейсмографы появились в 1890-е гг. В современном сейсмографе используется свойство инерции (свойство сохранять первоначальное состояние покоя или равномерного движения). Впервые инструментальные наблюдения появились в Китае, где в 132 г. Чан-Хен изобрел сейсмоскоп, представлявший собой искусно сделанный сосуд. На внешней стороне сосуда с размещенным внутри маятником по кругу были выгравированы головы драконов, держащих в пасти шарики. При качании маятника от землетрясения один или несколько шариков выпадали в открытые рты лягушек, размещенных у основания сосудов таким образом, чтобы лягушки могли их проглотить. Современный сейсмограф представляет собой комплект приборов, регистрирующих колебания грунта при землетрясении и преобразующих их в электрический сигнал, записываемый на сейсмограммах в аналоговой и цифровой форме. Однако, по-прежнему, основным чувствительным элементом служит маятник с грузом.

Сейсмические волны проходят внутри земного шара в тех местах, которые недоступны наблюдению. Все, что они встречают на пути, так или иначе их изменяет. Поэтому анализ сейсмических волн помогает выяснить внутреннее строение Земли.

При помощи сейсмографа можно оценить энергию землетрясения. Cсравнительно слабые землетрясения высвобождают энергию порядка 10 000 кг/м, т.е. достаточную, чтобы поднять груз весом 10 тонн на высоту 1 м. Этот энергетический уровень принимается за ноль, землетрясению имеющему в 100 раз больше энергии соответствует 1, еще в 100 раз более сильному соответствуют 2 единицы шкалы. Такая шкала называется шкалой Рихтера в честь известного американского сейсмолога из Калифорнии Ч. Рихтера. Число в такой шкале называется магнитудой и обозначается М. В самой шкале верхний предел не предусмотрен, по этой причине шкалу Рихтера называют открытой. В действительности сама Земля создает практический верхний предел. Сильнейшие из зарегистрированных землетрясений имели магнитуду 8,9. Таких землетрясений с начала инструментальных наблюдений зарегистрировано два, оба под океаном. Одно произошло в 1933 у берегов Японии, другое - в 1906 у берегов Эквадора. Таким образом, магнитуда землетрясения характеризует количество энергии, выделяемой очагом во все стороны. Эта величина не зависит ни от глубины очага, ни от расстояния до пункта наблюдения. Сила проявления землетрясения зависит не только от магнитуды, но и от глубины очага (чем ближе очаг к поверхности, тем больше сила его проявления), от качества грунтов (чем более рыхлый и неустойчивый грунт, тем больше сила проявления). Имеет значение, конечно, и качество наземных построек. Сила проявления землетрясения на земной поверхности определяется по шкале Меркалли в баллах. Баллы отмечаются цифрами от I до XII.