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Día Mundial de la Metrología 2016

 

 

El Instituto Nacional de Normalización (INN) y la Red Nacional de Metrología (RNM) en conjunto con el Centro Nacional de Metrología de México (CENAM), realizó la medición absoluta de la aceleración de gravedad local en los Institutos Designados en la magnitud de Masa CESMEC, magnitud de Presión ENAER, magnitud de Fuerza IDIC, magnitud de Par Torsional ASMAR y en CODELCO designado en la magnitud Cantidad de Sustancia en Química de Minerales.

El Proyecto “g”

1 de Marzo de 2021

El Proyecto “g” se basa en el estudio de la gravimetría que en un sentido amplio incluye la ciencia y la práctica de la medición de aquellas cantidades físicas que son manifestaciones de un campo gravitatorio. A gran escala, la gravimetría incluye la medición del campo gravitatorio de la Tierra (u otros planetas) y, a pequeña escala, la medición del campo gravitatorio local. La gravimetría también incluye estudios de los métodos e instrumentos para medir la gravedad.

Definamos algunos conceptos para su mejor comprensión. La Gravedad es la fuerza mutuamente atractiva entre dos masas cualesquiera. La Aceleración debida a la gravedad, “g” es el valor de la aceleración de una masa debido a la fuerza de gravedad observada en un marco de referencia que gira con la Tierra. Un valor Absoluto es el medido con instrumentos calibrados trazables a estándares metrológicos, para el caso de la gravedad, esto requiere estándares de longitud y tiempo. El Gravímetro absoluto es un instrumento utilizado para medir la gravedad de forma absoluta, trazable a estándares de tiempo y longitud.

El valor de la aceleración debida a la gravedad en la superficie de la Tierra, g, depende de la posición y el tiempo. Una variabilidad mundial de aproximadamente 0,5% desde 9,8 m/s2 es causada por la rotación de la Tierra, las variaciones en la densidad y las variaciones en la geometría causadas tanto por las fluctuaciones de las mareas como por la deformación tectónica. Estudiar cómo varía g puede revelar datos importantes sobre la Tierra en su conjunto y sobre una larga lista de aplicaciones en la investigación geofísica como son el monitoreo de volcanes, investigación de terremotos, hidrología, exploración de hidrocarburos y minerales, cuantificación de hundimientos, manejo de acuíferos, estudios de integridad de carreteras, presas y diques, detección de huecos o cavidades subterráneas entre otras.

Estas mediciones en el país permitieron establecer el valor local de la aceleración absoluta de la gravedad realizada en los diferentes Institutos Designados (ID) con una incertidumbre alrededor de los 4 x 10-8 m/s2, equivalente a 4 μGal. El Gal es una unidad de aceleración que no pertenece al Sistema Internacional (SI) y es empleada en geodesia y geofísica en honor a Galileo Galilei (1564-1642), para expresar la aceleración debida a la gravedad en su equivalente la conversión al SI es igual a 1 µGal = 1 x 10-8 m/s2.

El Proyecto “g” contribuyó con la actualización de esta medición en el país, y se garantiza su trazabilidad al Sistema Internacional de Unidades y permitirá mejorar las capacidades de medición en los laboratorios de calibración del país en masa y en sus magnitudes relacionadas. La última medición de la aceleración de gravedad en la RNM fue hecha en el año 1999 en el Instituto Designado en la magnitud de Fuerza y el valor registrado en ese momento fue de 979 419 020 μGal con una incertidumbre de unos 50 μGal, debido a que el país ha sufrido dos sismos de alta intensidad posterior a esta medición y a recomendación de otros Institutos Nacionales de Metrología, se hizo necesario generar el Proyecto “g”, para verificar nuevamente este valor y haciendo uso de las mejores tecnología de medición disponible. El valor actual medido de la aceleración absoluta de la gravedad en la ubicación anterior fue de 979 418 611 µGal con una incertidumbre de 2,3 μGal con un factor de cobertura k=1, obteniéndose una diferencia absoluta de 409 μGal.

Las mediciones fueron realizadas por el Instituto Nacional de Metrología de México (CENAM) con el apoyo de un experto del National Research Council (NRC) de Canadá, estas mediciones se tomaron en las ciudades de: Calama con una medición, Santiago con tres mediciones y Talcahuano con una medición, esto fue planificado para poder obtener valores de referencia en el norte, centro y sur del país. Cabe mencionar que el CENAM cuenta con personal con alta competencia técnica y sus Capacidades de Medición y Calibración (CMC) están publicadas en la base de datos del BIPM.

El principio de medición se ejecutó utilizando un gravímetro absoluto FG5-X, este equipo es la última versión del instrumento transportable de alta precisión que mide la aceleración vertical de la gravedad. El funcionamiento del FG5-X consiste en la caída vertical (de unos 30 cm de altura) de una masa de prueba mediante un dispositivo mecánico dentro de una cámara de alto vacío, dentro de este equipo está instalado un interferómetro láser que permite determinar la posición de la masa de prueba como una función de tiempo durante su caída libre, la aceleración de la masa de prueba se calcula directamente a partir de la trayectoria medida.

El interferómetro genera una franja de interferencia óptica cada vez que la masa de prueba cae a la mitad de la longitud de onda de la luz láser. Estas franjas se cuentan y cronometran con un reloj atómico de rubidio, para obtener pares precisos de tiempo y distancia y se utiliza un ajuste de mínimos cuadrados para estos datos para determinar el valor de g.

Este método de medición de la gravedad es absoluto porque la determinación es puramente metrológica y se basa únicamente en patrones primarios relacionados al metro patrón de He-Ne estabilizado al Iodo y la medición del tiempo con el reloj de rubidio tiene trazabilidad al patrón primario de Cesio-133, del CENAM.

Finalmente, estas mediciones son de gran importancia para el país, su valor es de interés en una amplia área de las ciencias físicas, metrología, geofísica y geodesia. En metrología, el conocimiento del valor de la aceleración de la gravedad es muy importante en la determinación de la masa, también se utiliza como estándar de transferencia en la determinación de estándares metrológicos que involucran mediciones de fuerza, par torsional y presión. La necesidad de medidas modernas de gravedad absoluta dentro de un intervalo de 10-9 en su incertidumbre relativa es una de las tareas prioritarias en metrología y con el Proyecto “g” se resolvió esta brecha.
El Proyecto “g” aportará con la actualización del valor trazable de la aceleración de gravedad con su incertidumbre, y permitirá mejorar las capacidades de medición de los laboratorios de calibración en masa y magnitudes relacionadas.

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