Universidad Distrital Francisco Jos De Caldas

Facultad De Medio Ambiente Y recursos Naturales

Historia Del Sismgrafo y su Funcionamiento

Fsica Ondulatoria

1Autores: Yeiver Fabian Vega Bello 20132180281 e- mail vegafab9518@gmail.com

Qu es el sismgrafo?

El sismgrafo es el instrumento que registra la

agitacin del terreno provocada por un

terremoto. Esto se logra gracias a que utilizan el

principio de la inercia, el cual estipula que un

objeto en reposo tiende a permanecer as

mientras no haya una fuerza externa que

modifique su estado. Este principio a menudo

es considerado como parte de la primera ley de

Newton.

Los sismgrafos estn compuestos por un sensor, un elemento de registro y un

controlador de tiempo. Por ejemplo, el sismgrafo analgico incluye una aguja o estilete

que escribe sobre una superficie. Dicho elemento esta ligado a una masa suspendida,

mientras que los elementos ms modernos, digitales, graban directamente la

informacin.

Durante un terremoto la superficie de la tierra vibra conforme pasan las diferentes ondas

ssmicas. Dichas vibraciones se registran, en el caso analgico, en una superficie sensible

a la escritura (papel).

Desde siempre el hombre ha sentido curiosidad por conocer el origen de los terremotos,

por ello ha diseado una cierto tipo de sismgrafos

El principio bsico de un sismgrafo es el pndulo en movimiento:

1 Estudiante de ingeniera ambiental

El principio bsico de un sismgrafo es el pndulo simple. (Ver fig. 1)

En realidad actualmente se utiliza una masa sujeta a una barra horizontal (ver fig. 2)

Fig2. Esquema bsico del sensor de un sismgrafo horizontal. En general el sensor (donde est la masa) se

encuentra separado del registrador.

La barra cuelga de un poste y est libre para oscilar de un lado a otro cuando la tierra es sacudida.

Este dispositivo correspondera a un sismgrafo que describe el movimiento horizontal del terreno.

En realidad para describir adecuadamente el movimiento del terreno, provocado por un sismo, se

requiere de tres componentes, una vertical y 2 horizontales (norte-sury este-oeste). Si la tierra es

sacudida la masa comienza a oscilar describiendo el movimiento del terreno. Cuanto ms fuerte es la

sacudida, ms fuertes son los vaivenes de la masa, este movimiento es traducido en una seal

analgica (generalmente registrada en papel)o digital (movimiento traducido a voltaje y luego en

dgitos que se pueden ver en la computadora directamente) llamada sismograma.

El sismgrafo es tan importante para la

sismologa y las Ciencias de la Tierra,

como lo es, el telescopio para la

astronoma, ya que funciona como

nuestros odos hacia el interior de la

tierra.

Este instrumento es usado para medir

los movimientos de la Tierra, y consiste

de manera general, de una masa

suspendida a un resorte, que a su vez,

est suspendido sobre una base que se

mueve con los movimientos de la

superficie de la Tierra.

El movimiento relativo entre la masa y la base, proporciona una medida del movimiento

de la Tierra, segn lo explicado por el Dr. Carlos Montalvo de la Facultad de Ciencias de

la Tierra.

En la actualidad existen sismgrafos y acelergrafos, el primero de ellos se utiliza de

manera general para hacer localizaciones de terremotos, mientras que el segundo, mide

la aceleracin del movimiento del suelo y como consecuencia, la fuerza de la sacudida y

su efecto a estructuras civiles. Ambos equipos se encuentran instalados en la estacin

Linares.

Cuando el objetivo de una red ssmica es hacer localizaciones, es importante que los

sensores se instalen en lugares aislados, quietos, seguros y en afloramientos de roca.

Cuando ocurre un sismo, se busca instalar redes temporales para obtener ms

informacin de la fuente que lo genero y del estado de esfuerzos de la regin.

El otro tipo de redes ssmicas, mejor dicho redes acelerogrficas, se ubican en zonas

urbanas. Se busca instalar equipos en diferentes tipos de suelos, as como en estructuras

civiles, con la finalidad de determinar qu tanto amplifican la seal ssmica generada por

los movimientos fuertes del terrenos, esto es, para determinar zonas vulnerables a la

sacudida del suelo provocada por el terremoto.

Los materiales aluviales no consolidados, en casos extremos pueden comportarse como

si fueran gelatina, esto es, despus del sismo siguen vibrando, por eso se caen las

estructuras, como en el D.F., durante el sismo de 1985.

Actualmente, para el rea metropolitana de Monterrey estamos haciendo estudios para

determinar cules sitios pueden ser ms vulnerables ante la sacudida ssmica

principalmente en las reas ya urbanizadas, coment el Dr. Montalvo Arrieta.

Cabe destacar que la estacin sismolgica de Linares cuenta adems con un sensor de

posicionamientos satelital o GPS, el cual mide desplazamientos corticales hasta de

milmetros, con la finalidad de monitorear los desplazamientos naturales de la tierra.

Este tipo de informacin permitir conocer el estado de esfuerzos del rea a partir de

los movimientos continuos de la corteza. El GPS mide el movimiento continuo de

deformacin. Hay regiones en el mundo donde se tienen desplazamientos mayores a 8

cm por ao y otros donde los desplazamientos son de milmetros.

Cuando el proceso de acumulacin de energa de deformacin en una regin es de

milmetros, se necesitan periodos de cientos a miles de aos para la ocurrencia de un

terremoto; entonces el conocimiento de esas cantidades de deformacin nos da una idea

de cada cunto podemos esperar un terremoto importante, finaliz el sismlogo

Montalvo Arrieta.

EL PRIMER SISMOGRAFO

La sala de exposiciones del Museo de Historia de China en Beijing es el hogar de un

modelo restaurado del primer sismgrafo de la historia, el Houfeng Didong Yi, un

instrumento inventado para medir los

movimientos ssmicos y elicos. Su inventor

fue Zhang Heng (78-140 d.C.). Zhang Heng, nativo

de Nanyang, en la provincial de Henan, fue un

estudioso e inventor especializado en astronoma,

matemticas y calendarios. En el ao 132 de

nuestra era fabric en Luoyang, que en aquel

momento era la capital del imperio, un aparato

capaz de determinar la direccionalidad de un terremoto. Contradiciendo la creencia

popular de aquella poca, Zhang Heng sostena que los terremotos no eran seales de la

clera celeste, sino tan slo desastres de origen natural. El sismgrafo, fabricado en cobre

de alta calidad, tena una forma similar a la de una urna con un pndulo central. El

instrumento estaba modelado con el dibujo de ocho dragones en su superficie, que

apuntaban con sus cabezas a las ocho direcciones y sostenan en sus bocas ocho bolas de

cobre. Debajo de ellos, haba ocho sapos con las cabezas levantadas y las bocas abiertas

en sentido opuesto al de las bocas de los dragones. El interior del sismgrafo fue

construido de una manera muy ingeniosa: durante un terremoto, el temblor haca que el

pndulo perdiera su estabilidad y de este modo se activaba en el interior una serie de

palancas. Esto hara que uno de los ocho dragones exteriores liberase la bola de cobre

que sostena en su boca, que a su vez caera en la boca del sapo situado justo debajo del

dragn, emitiendo un sonido que ayudara a la gente a determinar en qu direccin haba

tenido lugar el terremoto. Un da, en 138 D.C., el dragn que apuntaba al oeste dej caer

su bola de cobre. Como el dragn anunci, un terremoto tuvo lugar aquel mismo da en

Longxi, en lo que hoy es la provincia occidental de Gansu, a miles de kilmetros de

distancia. Fue la primera vez que el ser humano fue capaz de detectar con antelacin un

terremoto. Tan slo unos 1700 aos ms tarde, un instrumento similar vera la luz en

Europa. Zhang Heng tambin fue el responsable de crear la primera esfera celeste

conducida por agua para determinar la posicin de los cuerpos celestes, que fue

cincelada con imgenes de importantes fenmenos astronmicos. La gente pudo

observar el movimiento del sol, la luna y las estrellas. Zhang Heng, que fue tambin un

excelente ingeniero mecnico, fue el padre de otros inventos como un guila de madera

voladora o una carretilla que permita contar las distancias recorridas. La gente tena en

alta estima a este genial cientfico, y a menudo se ofrecan actividades conmemorativas

en su honor. Incluso una cordillera lunar fue bautizada en su honor.

Ondas ssmicas

La energa de un terremoto, explosin u otra fuente ssmica se mueve a travs de la tierra

como un frente de onda que se extiende en todas direcciones.

Hay varios tipos de ondas ssmicas y cada uno se mueve de un modo diferente. Los dos

tipos principales son las ondas internas y las ondas superficiales. Las ondas internas

pueden viajar a travs de las capas interiores de la Tierra, pero las ondas superficiales

slo se pueden mover a lo largo de la superficie del planeta, como ondulaciones sobre el

agua.

Ondas internas

Las ondas P (ondas primarias o compresionales) son las ondas ssmicas que ms

rpidamente se mueven. Lo hacen con un movimiento de empuje y traccin, que provoca

que las partculas en la roca se muevan hacia adelante y hacia atrs en su lugar. Cuando

la onda se mueve salindose del foco, las partculas se mueven acercndose y

separndose a lo largo de la direccin en la que se mueve la onda.

Las ondas P pueden moverse a travs de slidos, lquidos o gases. Son muy similares a las

ondas sonoras, empujan y jalan la roca casi como las ondas sonoras empujan y jalan el

aire. Puedes ver el movimiento de una onda P si estiras un juguete de resorte y empujas

un extremo. La energa se mover a lo largo del resorte, empujando y jalando como una

onda P.

Las ondas S (ondas secundarias, de cizalla, laterales o transversales) viajan mucho ms

lentamente que las ondas P. No se expanden a travs de lquidos. Las ondas S hacen que

las partculas se muevan de un lado a otro. Su movimiento es perpendicular a la direccin

en la que viaja la onda.

Agita el extremo de una cuerda lateralmente y observa cmo la onda viaja a lo largo de

la cuerda. As se ve una onda S.

Ondas superficiales

Las ondas de Love llevan el nombre de A.E. H. Love, un matemtico britnico que calcul

el modelo matemtico para este tipo de ondas en 1911. Las ondas de Love se mueven

como una serpiente, sacudiendo el terreno de un lado a otro. Aunque viajan lentamente

a partir de la fuente ssmica, son muy destructivas y son las que generalmente hacen que

los edificios se derrumben durante un terremoto.

Las ondas de Rayleigh se llaman as en honor a Lord Rayleigh (John William Strutt), quien

predijo matemticamente la existencia de este tipo de ondas en 1885. Una onda de

Rayleigh se mueve a lo largo del terreno como una ola viaja a travs de un lago u ocano.

Mientras avanza, mueve al terreno tanto de arriba a abajo como de un lado a otro en la

misma direccin en la que se mueve la onda. La mayor parte de la sacudida que se siente

durante un terremoto se debe a las ondas de Rayleigh.

Aunque las ondas superficiales son por lo general las ms destructivas, la mayora de los

gelogos estn an ms interesados en las ondas internas. Como stas viajan a travs de

la tierra, pueden proporcionar mucha informacin sobre su estructura. Entre otras cosas,

pueden ayudar a los gelogos a localizar capas de roca que podran contener petrleo,

gas y otros minerales valiosos.

BIBLIOGRAFIA

Historia del sismgrafo, consultado el 19 de mayo del 2015 desde

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4ESO/MedioNatural1I/contenido1.htm

ONDAS EN EL INTERIOR DE LA TIERRA. Consultado el 19 de mayo de 2015 desde

http://www.planetseed.com/es/science/articles..

Cyril Aydon, 2008 Historias curiosas de la ciencia. Captulo 2 El sismgrafo. Pg. 204

Ondas P

(Push-Pull)

Ondas S

(Shear)