GEOFONO ELECTROMAGNETICO
Jeysson Calderon –
[email protected] –
[email protected] Dana sierra –
[email protected] David Arango –
[email protected] Andres Salgado –
[email protected] OBJETIVOS Objetivos Generales
Const Construc rucci ción ón de un geóf geófono ono electromagntico. !econocer el funcionamiento y estruc ructura de un geóf eófono ono electromagntico. *igu *igura ra+, +, esca escala lame meo. o.co com– m–un univ iver ersi sida dad d nacional de Colom$ia.
Objetivos Espec!icos
A"licar los conocimientos a"rendidos en la clase teórica "ara los c#lculos y o$se o$serv rvac acio ione nes s del del geóf geófon ono o electromagnticos. %nt %ntende enderr las las a"li a"lica caci cion ones es geol eológi ógicas cas de un geóf geófon ono o electromagntico.
J"STIFICACION CONTE$T"ALI%ACION
#
%ste tra$ajo consiste en la construcción de un geófono electromagntico con el fin de demostrar el funcionamiento e im"ortancia& ya 'ue este es el 'ue regi regist stra ra el movi movim mient iento o del suel suelo o generado "or una fuer(a energtica. )n geófono electromagntico consist consiste e en una $o$ina $o$ina sus"en sus"endid dida a en un sist sistem ema a de reso resort rte e 'ue 'ue se mueve eve en un cam"o magntico generado "or un im#n "ermanente.
%l geóf geófono ono elec electr trom omag agn nti tico co tien tiene e diversos cam"os de a"licación dentro de la s-smica en geolog-a y miner-a& estos se im"lementan en la ng. Civil dentro de los estudios geológicos y los los estu estudi dios os de iden identi tifi fica caci ción ón de suelos 'ue de$en reali(arse "ara la a"ro a"ro$a $aci ción ón de la o$ra o$ra// luego uego de o$tener los resultados tomados "or el geófono "uede identificarse el ti"o de estructura 'ue se de$e reali(ar y el "eso 'ue de$e tener la misma "ara 'ue "ueda ser so"orta rtada "or el terreno.
*igura , "dvsa.com1google1im#genes "dvsa.com1google1im#genes
*recuencia natural y amortiguamiento de los geófonos T =2 x ( pi )( m / k )− ½, donde 2 3 "er-odo de oscilación natural& m 3 masa del elemento inerte 4im#n o $o$ina5& 6 3 flei$ilidad del resorte. a frecuencia es el rec-"roco del "er-odo& "or consiguiente vale,
a frecuencia es el rec-"roco del "er-odo& "or consiguiente vale,
f =1 / T =1 /[( 2 xpi)( k / m)− ½ ] . %l sistema masa1resorte m#s sencillo de estudiar es el 'ue no considera amortiguamiento del movimiento de la masa y 'ue res"onde a la ecuación diferencial,
f =1 / T =1 /[( 2 xpi)( k / m)− ½ ]
m *recuencia natural y amortiguamiento de los geófonos T =2 x ( pi )( m / k )− ½, donde 2 3 "er-odo de oscilación natural& m 3 masa del elemento inerte 4im#n o $o$ina5& 6 3 flei$ilidad del resorte. a frecuencia es el rec-"roco del "er-odo& "or consiguiente vale, f = 1/T = 1/[(2xpi)(k/m)-½] ilustra
unas curvas caracter-sticas "ara la re"uesta de un geófono como una función de la frecuencia del movimiento de la su"erficie terrestre y del amortiguamiento. %stas curvas se o$tienen colocando el geófono en una mesa oscilante& 'ue se deja oscilar a varias frecuencias. 9:DAS ; < S Com"ortamiento de las ondas s-smicas en las rocas *recuencia natural y amortiguamiento de los geófonos T =2 x ( pi )( m / k )− ½, donde 2 3 "er-odo de oscilación natural& m 3 masa del elemento inerte 4im#n o $o$ina5& 6 3 flei$ilidad del resorte.
d2 + kx =0 2 d t
Siendo, la masa móvil del sistema.
•
•
la constante de rigide( del resorte.
•
el masa
des"la(amiento res"ecto
al
de
"unto
la de
e'uili$rio est#tico. a frecuencia de oscilación natural o "ro"ia del sistema est# determinada "or la constante del resorte y "or la masa móvil del sistema seg=n la relación, w 0=2 π f
0= √
k m
%n el caso de 'ue el sistema masa1 resorte estuviera amortiguado la ecuación diferencial 'ue descri$e su com"ortamiento ser#,
2
m
d x 2
d t
+ c dx + kx =0 dt
Donde es la constante de amortiguamiento. a frecuencia "ro"ia del sistema de"ender# de esta constante de la forma,
a $o$ina est# sujetada r-gidamente con res"ecto a la su"erficie terrestre y el im#n& 'ue cuelga sujetado "or un resorte en el cajón& es el elemento inerte. Cual'uier movimiento relativo entre la $o$ina e el im#n "roduce una fuer(a electromotri( entre los terminales de la $o$ina. %l voltaje corres"ondiente a esta fuer(a electromotri( es "ro"orcional a la velocidad del movimiento.
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MATERIALES
>o$ina de co$re?... .000 cBu !esorte?????. .000 cBu manes de neodimio : ?????..... +.00 cBu
?.
>ase??????.. 7.000 cBu Cinta :egra???.. .000 cBu Ca$le – caimanes?.. .000 cBu
a construcción del geófono se Ei(o con tu$o de vac-o de forma cil-ndrica fa$ricado con cartón adEerido a una $ase del mismo material donde encontramos cuatro resortes con una longitud de cm sostenidos a la $ase "or medio de imanes de neodimio& dentro del cilindro en la "arte inferior se y u$ica una ta"a de aluminio donde se encuentran seis imanes los cuales crean el cam"o magntico de forma vertical& reali(ando atracción entre estos y la $o$ina 'ue se encuentra sus"endida en la "arte su"erior del cilindro "or medio de un resorte de +0 cm de longitud. a
$o$ina usada consiste en un carrete de ca$le de co$re esmaltado cali$re con 4+005 vueltas
Johnnattan. Geófono: lector de la tierra que salva vidas. Pá. ! .
%n donde Eay una suma vectorial de las fuer(as& manteniendo la conservación de la energ-a& siendo la aceleración& multi"licado "or la masa m & 'ue resulta en una fuer(a/ al igual 'ue 6 & 'ue es la fuer(a del resorte& siendo 6 la constante del resorte y el des"la(amiento de la masa res"ecto al "unto de e'uili$rio. ;or otra "arte& encontramos la frecuencia de oscilación natural del sistema& 'ue gracias a los tensores se evita en gran medida& "ero aun aseiste& y est# definida "or,
*igura
Bello Carlos E. Ortiz Carlos A. Pérez Johnnattan. Geófono: lector de la tierra que salva vidas. Pá. !.
Donde *0 es la frecuencia natural& 'ue "uede ser contem"lada "or la constante del resorte y la masa del sistema.
*oto +
Sim"lificando el sistema& lo m#s sencillo es estimar 'ue no se considera un amortiguamiento del movimiento de la masa de la $o$ina& y 'ue res"onde a la siguiente ecuación,
Bello
Carlos E. Ortiz Carlos A.
Pérez
%stos c#lculos sometidos en el "royecto vienen ligados al desarrollo o$tenido en las clases y a las eventualidades 'ue se "resenten& %l cómo& el "or 'u y el "ara 'u de esta lectura es la 'ue contem"lamos a lo largo del "royecto& de este modo las lecturas y diferencias de "otencial e"erimentales son las vitales.
Bello Carlos E. Ortiz Carlos A. Pérez Johnnattan. Geófono: lector de la tierra que salva vidas. Pá. ! .
*oto
;ara calcular la ganancia de tensión tenemos las siguientes ecuaciones, Diferencias de tensión res"ecto a la entrada y salida de varia$les& con res"ecto a las tensiones y a las resistencias res"ectivamente. ∆ v=
−V salida Ventrada
Figura
5
:
electromagneticoBimagines.
•
Datos del "royecto
Feofono
–
Artic(lo Resorte
peso
lon)it(*
1
0&0G
Bobina
0&0 1
estr(ct(ra
0&
estr(ct(ra co,pleta Cilin*ro Cilin*ro estr(ct(ra ensa,bla*a
0&H 1 1 1 1
1
0& 0&08 0&H
observaci+n
m 6 g 6 g 6 g m m m
longitud del resorte donde esta sus"endida la $o$ina "eso de la $o$ina "eso de la estructura "eso de la estructura con todos los art-culos ensam$lados altura del cilindro di#metro del cilindro altura de la estructura com"leta
Foto 3 Foto 5
•
Foto 4
*lujo magntico
*istancia-
!l(
,.
,a)-, T.
/0//1 /0/2
0 ++0
H0 /0/21 /0/3 8 H /0/31 /0/4 +8 + /0/41 +0 /0/5 Tabla de dato 1
•
•
•
!esorte de la $o$ina& utili(amos la $o$ina sus"endida en el resorte 'ue mide 0&0Gm y con la $o$ina im"lementada aumenta su am"litud a 0&+m y o$tuvimos los siguientes datos. %"erimentalmente o$tuvimos el "eriodo 23&+s/ la am"litud A30&+m/ y utili(amos una masa de 0&06g.
w=
f =
2 π 3,13
=2
rad s
Foto 7
1 =0,31 Hz 3,13 2
•
•
•
•
Foto 6
k =(2 ) ∗0,045 =0,18
N m
x ( t )=( 0,1 ) xCos ( 2t + ∅ )
v ( t )=−( 0,1 )( 2 ) Sen ( 2 t + ∅ ) a ( t )=−( 0,1 )( 2 )
Cos4tI
∅
5
Foto 8
CRONOGRAMA
Concl(siones •
•
•
•
)n geófono electromagntico casero no es un instrumento de gran "recisión ya 'ue en su construcción se re'uiere de mucEa eactitud con las "artes 'ue lo com"onen. os c#lculos de los cam"os magnticos son $astantes sencillos ya 'ue "uede igualar al es'uema de una es"ira. %l sistema diseado "osee unas fallas "or la constante de mani"ulación del mismo. %s im"ortante "ulir cada uno de las medidas 'ue "uede
llegar a reali(ar uno de estos instrumentos& a"licar –si es "osi$le& una tra(a$ilidad al e'ui"o& "ara 'ue de este modo sea un elemento de confian(a y de seguridad a la Eora de "erci$ir cual'uier movimiento. %ste tra$ajo nos sirvió "ara interiori(arnos y a"render de una manera adecuada como se reali(a un "royecto de investigación "ara en un futuro tener una mejor noción a la Eora de reali(ar una
investigación& los "asos 'ue se llevan a ca$o y la forma correcta de "ara reali(arlo.
Biblio)ra!a
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Ett",BBes.calameo.comBreadB00 +87H880f$cH0aa Ett",BBes.scri$d.comBdocB++8 H7B;!9<%C291F%9*9:91 +Kscri$d
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Ett"s,BBLLL.youtu$e.comBLatc EMv37NnO(SL9joA
