background image

Temat 1 
Zmiany grawitacji wywołane przez jednorodne bryły – wychylenie linii pionu 
 
 

 

 

 

 

 

 

 







x y z

z

x y z

y

x y z

x

z

y

x

zdxdydz

G

g

z

y

x

ydxdydz

G

g

z

y

x

xdxdydz

G

g

0 0 0

2

/

3

2

2

2

0 0 0

2

/

3

2

2

2

0 0 0

2

/

3

2

2

2

 

 

 

 

 

Rozwiązanie całek: 

 

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

ln

ln

z

y

x

yz

xarctg

y

x

z

z

y

x

y

z

y

y

z

y

x

y

z

y

x

z

z

y

z

y

G

g

x

 

 

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

ln

ln

z

y

x

xz

yarctg

y

x

x

z

y

x

z

z

x

z

x

y

x

z

z

y

x

x

z

x

x

y

G

g

y

 

 

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

ln

ln

z

y

x

xy

zarctg

z

y

y

z

y

x

x

y

x

x

y

y

x

x

z

y

x

y

z

x

y

x

G

g

z

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Zmiana granic dla prostopadłościanu nieprzylegającego do osi układu XYZ z uwzględnieniem 
dodatkowo wprowadzonych oznaczeń (r,s,F

1

,  t,u,F

2

,  p,q,F

3

): 

 
Dla kierunku osi X: 

1

2

2

1

1

1

2

2

2

2

1

1

;

;

;

x

y

r

x

y

r

x

y

r

x

y

r

   

1

2

2

1

1

1

2

2

2

2

1

1

;

;

;

x

z

s

x

z

s

x

z

s

x

z

s

 

 

1

1

1

ln

1

1

ln

)

,

(

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

1

s

r

rs

arctg

s

s

s

r

r

s

r

r

s

r

r

s

r

s

s

r

s

r

G

s

r

F

 

 

)

,

(

)

,

(

)

,

(

)

,

(

[

)

,

(

)

,

(

)

,

(

)

,

(

{

1

1

1

1

2

1

2

1

1

2

2

1

1

1

1

1

1

2

1

2

1

1

2

2

1

2

s

r

cF

s

r

bF

s

r

aF

s

r

F

x

s

r

cF

s

r

bF

s

r

aF

s

r

F

x

g

x

 

x

 

X

 

y

 

z

 

Z

 

Y

 

 

 

x

x

y

y

z

z

O

 

Z

 

Y

 

background image

Podobnie dla kierunku osi Y: 
 

1

2

2

1

1

1

2

2

2

2

1

1

;

;

;

y

x

t

y

x

t

y

x

t

y

x

t

 

 

1

2

2

1

1

1

2

2

2

2

1

1

;

;

;

y

z

u

y

z

u

y

z

u

y

z

u

 

 
 

1

1

1

ln

1

1

ln

)

,

(

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

u

t

tu

arctg

t

t

u

t

u

u

t

u

t

u

u

u

t

t

u

t

t

u

G

u

t

F

 

 
 

)

,

(

)

,

(

)

,

(

)

,

(

[

)

,

(

)

,

(

)

,

(

)

,

(

{

1

1

2

1

2

2

2

1

2

2

2

2

1

1

1

2

1

2

2

2

1

2

2

2

2

2

u

t

fF

u

t

eF

u

t

dF

u

t

F

y

u

t

fF

u

t

eF

u

t

dF

u

t

F

y

g

y

 
 
 
oraz osi Z: 
 

1

2

2

1

1

1

2

2

2

2

1

1

;

;

;

z

x

p

z

x

p

z

x

p

z

x

p

   

1

2

2

1

1

1

2

2

2

2

1

1

;

;

;

z

y

q

z

y

q

z

y

q

z

y

q

 

 

1

1

1

ln

1

1

ln

)

,

(

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

3

q

p

pq

arctg

q

q

q

p

p

q

p

p

q

p

p

q

p

q

q

p

q

p

G

q

p

F

 

 
 

)

,

(

)

,

(

)

,

(

)

,

(

[

)

,

(

)

,

(

)

,

(

)

,

(

{

1

1

3

1

2

3

2

1

3

2

2

3

1

1

1

3

1

2

3

2

1

3

2

2

3

2

q

p

iF

q

p

hF

q

p

gF

q

p

F

z

q

p

iF

q

p

hF

q

p

gF

q

p

F

z

g

z

 
 
gdzie:  G = 6.677

10

-11

kg

-1

m

3

s

-2 

 = gęstość [kg m

-3

a,b,c,d,e,f ,g,h,i – współczynniki (równe 1 lub -1), zależne od położenia osi względem bryły 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

Różne przypadki położenia osi układu XYZ względem bryły: 
 

 

1

;

1

;

1

1

;

1

;

1

1

;

1

;

1

i

h

g

f

e

d

c

b

a

  

 

 

 

 

1

;

1

;

1

1

;

1

;

1

1

;

1

;

1

i

h

g

f

e

d

c

b

a

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1

;

1

;

1

1

;

1

;

1

1

;

1

;

1

i

h

g

f

e

d

c

b

a

  

 

 

 

 

1

;

1

;

1

1

;

1

;

1

1

;

1

;

1

i

h

g

f

e

d

c

b

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
Obliczenie przyrostów składowych odchylenia linii pionu: 
 





x

g

 - dla składowej południkowej (kierunek osi X), 





y

g

 - dla składowej poprzecznej (kierunek osi Y), 

 
Przykład:  Dla bryły o gęstości 

b

 = 2.2 g/cm

3

 i rozmiarze 2km

2km

0.1km 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

x

x

y

y

x

x

y

y

x

x

y

y

x

x

y

y

1) 

2) 

3) 

4) 

background image

Obliczyć wartości przyrostu odchylenia linii pionu w kierunku osi X, w zależności  
od odległości od boku bryły o kształcie prostopadłościanu 
(z podstawą kwadratu (a)  
i wysokością (h)) i o gęstości 

   

 
(przypadek nr 2 położenia osi:    przyjąć z

1

>0, np. z

1

= 0.01 m ) 

 
 





x

g

 

(przyjąć 

 = 

52

 = 9.812436 m/s

2

)

  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
Wykres wartości 



 w zależności od odległości (d) od ściany bryły  

(prostopadłościanu o rozmiarach a

a

h

 
 
 
 
 
 
 

d [m] 

wykres wychylenia l.p. od strony północnej  
dla bryły (2x2x0.1 km, 

=2.2g/cm

3



 [

50 

100 

150 

200 

450 m 

300 

50 

100 

150 

200 

450 m 

300 

a/2 

a/2 

odległość od bryły 

odległość od bryły