Geodesia Física y Geofísica

Transcripción

1 Geodesia Física y Geofísica I semestre, 2016 Ing. José Francisco Valverde Calderón jose.valverde.calderon@una.cr Sitio web: Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2016

2 Detalles del curso En el curso se estudia dos de los problemas a los que la geodesia les debe dar solución: La determinación de la forma verdadera de la Tierra. La determinación y estudio de su campo de gravedad. Se analizan las consideraciones para efectuar mediciones gravimétricas. Se hace una introducción a la Geofísica y su relación con las tareas y objetivos de la Geodesia. El material del curso (presentaciones, tareas, artículos y otra información relacionada) se encuentra disponible en el siguiente sitio web: en la categoría Geodesia Física y Geofísica_2016 Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2016

3 Ajuste geodésico Geodesia Geométrica Aplicaciones Física Satelital Científicas Prácticas GNSS

4 Introducción Péndulo Se puede determinar gravedad con un péndulo? Qué son estos instrumentos? Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2016

5 Introducción Cuál es el fin de esta misión? Cuáles son los productos? Prof: José Fco Valverde Calderón Qué tipo de información proveen este tipo de marcas? Basta con la información obtenida en campo para obtener un dato correcto? Es necesario efectuar algún otro tipo de mediciones? Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2016

6 Introducción Qué representa la siguiente figura? Tiene relación con las tareas de la geodesia? Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2016

7 Introducción Significado de Geodesia Derivado del griego gh (Tierra) y daiw (dividir) Significado de Topografía Derivado del griego topos = Topos, sitio y grafein = descripción Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2016

8 Introducción Definición de geodesia, según la Asociación Internacional de Geodesia (IAG): Geodesia es la disciplina que trata con la medición y representación (geométrica, física y las variaciones temporales) de la Tierra Definición de Helmert: Geodesia es la ciencia concerniente al estudio de la forma y el tamaño de la Tierra en un sentido geométrico así también como de la forma de las superficies equipotenciales del campo de gravedad Definición de geodesia, OSU: Geodesia es la ciencia de determinar el tamaño y la forma de la Tierra (incluyendo variaciones temporales), usando mediciones principalmente de distancias, tiempo y gravedad. Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2016

9 Introducción PROBLEMAS A LOS QUE LA GEODESIA DEBE DAR SOLUCIÓN: La determinación de la forma verdadera de la Tierra La determinación y estudio de su campo de gravedad NO son problemas aparte La determinación de posiciones esta ligado directamente a la forma y el tamaño de la Tierra. Geodesia teórica estudiar las superficies en equilibrio de una hipotética masa fluida, sometida a las acciones gravitatorias y a un movimiento de rotación. También es la geociencia que trata (estudia) la Tierra como un complejo sistema dinámico, un cuerpo conformado por capas, conteniendo los océanos y rodeada por la atmosfera. Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2016

10 Los tres pilares de la geodesia Forma y deformación Rotación Campo de gravedad

11 Introducción La revolución en la geodesia fue posible por: Uso del tiempo atómico como escala de tiempo independiente de la rotación de la Tierra La habilidad de medir el tiempo de propagación de señales, desde los segundos hasta los picosegundos Uso de satélites artificiales Se pasó de tener sistemas globales con exactitudes de 5 m (60 s) a sistemas globales con exactitudes milimétricas (en la actualidad). Las estrellas fueron reemplazadas por quásares y satélites; las observaciones astronómicas fueron reemplazadas por distancias entre receptores y satélites (mas detalle en Geodesia Satelital) Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2016

12 Antecedentes históricos Geodesia: nace con la necesidad querer conocer la forma y el tamaño del sitio donde se habita. En la Grecia antigua, con Homero, se tienen las primeras ideas, mas mitológicas que científicas Determinar la forma de la Tierra es uno de los mayores problemas a los que se han enfrentado los científicos a lo largo de la historia. Las primeras ideas sobre la forma de la Tierra, fueron mas mitológicas que científicas. El primer proceso científico para determinar el tamaño de la Tierra, lo efectúa Eratóstenes, con la medición de arco, entre Alejandría y Siena. Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2016

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14 Antecedentes históricos En la edad media, prevalecen las ideas aristotélicas del sistema geocéntrico En 1543 se publica la obra de Nicolás Copérnico De las revoluciones de las esferas celestes, en la cual retoma la teoría heliocéntrica Galileo adopta las ideas de Copérnico. A Galileo Galilei se le debe el enunciar las primeras leyes de la mecánica, con los conceptos de velocidad y aceleración. Kepler enuncia las leyes del movimiento planetario. Con base las leyes de Newton, se concluye que la Tierra no puede ser esférica, que tiene que ser un elipsoide, achatada en los polos. Huygens, observando el movimiento del péndulo, deduce que la gravedad es mayor en el ecuador que en los polos. Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2016

15 Teoría Heliocéntrica

16 Antecedentes históricos En 1849, Stokes publica un tratado donde explica la metodología para determinar el geoide, a partir de observaciones de gravedad. Bruns presenta la fórmula que relaciona la el potencial anómalo y la ondulación del geoide. Helmert, en el siglo XX, presenta el método astrogeodésico para la determinación del geoide. En el siglo XX, Molodensky desarrolla la teoría para el cálculo de alturas normales y para el cálculo del cuasigeoide, la cual es una de las teorías mas utilizadas actualmente. La ventaja de la teoría de Molodensky radica en que NO es necesario aplicar reducciones a las observaciones gravimétricas o formular hipótesis para las reducciones de gravedad. Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2016

17 Geodestas, físicos y matemáticos que contribuyeron al desarrollo de la Geodesia Física

18 Sir Isaac Newton Ley de gravitación universal. Tres leyes de la mecánica clásica. Desarrollo del cálculo diferencial e integral.

19 Alexis Clairaut Teorema de Clairaut en la geodesia geométrica Teorema de Clairaut para calcular la forma de la Tierra a partir a mediciones de gravedad Participó en las mediciones del grado del arco de meridiano para determinar la forma de la Tierra

20 Piere Simon Laplace Matemático y físico francés Ecuación de Laplace El potencial gravitacional de la Tierra se determina (modela) al solucionar la ecuación de Laplace

21 Adrien Marie Legendre Matemático Frances En geodesia física se tiene los polinomios de Legendre, utilizados para expresar el potencial gravitacional de la Tierra en coeficientes armónicos esféricos

22 George Gabriel Stokes Matemático y físico Irlandés Realizó aportes al campo de la dinámica de fluidos, el calculo vectorial y dio la teoría para el cálculo del geoide a partir de mediciones de gravedad.

23 Pierre Bouguer Astrónomo y matemático francés Participó en la expedición que realizó mediciones de arco de meridano en Perú para determinar la forma de la Tierra

24 Carl Friedrish Gauss Matemático, físico y astrónomo alemán Realizó aportes en el campo de la geometría diferencial, geodesia, astronomía, algebra, magnetismo, óptica

25 Heinrich Bruns Matemático y astrónomo alemán, desarrollo la teoría que relaciona el potencial anómalo del campo de gravedad del Tierra, con la gravedad normal y la ondulación del geoide

26 Friedrich Robert Helmert Geodesta Alemán. Desarrolló la teoría de los métodos para condesar las masas sobre el geoide y asi poder calcular el mismo

27 Mikhail Sergeevich Molodensky Geodesta Ruso Sus aportes en la geodesia dinámica, la geodinámica y el cálculo del cuasigeoide lo convierten en el geodesta mas destacado del siglo XX

28 Primeras ideas! Aproximación! Una mejor aproximación! La realidad!!

29 La Tierra como nos la muestran

30 La Tierra como es!!

31 En Búsqueda del Geoide El geoide se extiende donde sea y provee un datum común para todos...pero donde está y como lo encuentro?

32 Servicios científicos de la IAG (tomado de Drewes, 2011) Dedicados a la geometría de la Tierra: International Earth Rotation and Reference System Service, (IERS) International Doris Service (IDS) International Laser Ranging Service (ILRS) International GNSS Service (IGS) International VLBI Service for Geodesy and Astrometry (IVS)

33 Servicios científicos de la IAG (tomado de Drewes, 2011) Dedicados al campo de gravedad de la Tierra: International Gravity Field Service (IGFS) Bureau Gravimetric Internacional (BGI) International Center for Earth Tides (ICET) International Geoid Service (IGeS) International Center for Global Earth Models (ICGEM) International Digital Earth Models Service (IDEMS)