O SismgrafoMarcelo Moura

mmmoura.bh@terra.com.brLuiz Ferraz Netto

leobarretos@uol.com.br

IntroduoUm terremoto ocorre quando rochas da litosfera submetidas a altas tenses se acomodam. Ondas de choque, chamadas ondas ssmicas partem em todas as direes de um ponto chamado foco ou hipocentro. O ponto situado na superfcie exatamente acima do foco chamado de epicentro do terremoto. A partir deste ponto, as ondas de choque fazem com que o solo se mova em movimentos cclicos que geram "ondas" forando o solo para cima e para baixo, as ondas primrias ou verticais, e de um lado para o outro, as ondas horizontais ou ondas de cisalhantes. Quando o epicentro est abaixo de um mar ou oceano, ele pode criar um maremoto ou um tsunami, uma onda gigante.O sismgrafoPara detetar, medir e determinar o foco de um terremoto, so utilizados os sismgrafos. Os chineses usam sismgrafos h quase 2000 anos. O mais antigo deles, consistia em oito drages de bronze dispostos em crculo, com esferas metlicas equilibradas na boca. Abaixo de cada drago existia um sapo, tambm de bronze, com a boca aberta. Quando ocorria um terremoto, a esfera caia da boca do drago para a boca do sapo, gerando um som metlico, que alertava as pessoas. Este modelo, alm de tocar o alarme, registrava a ocorrncia do terremoto (caso ningum escutasse a campainha), e ainda indicava a direo do epicentro. Hoje os sismgrafos contam com dispositivos eletromecnicos e eletrnicos para registrarem simultaneamente todos os movimentos. O modelo mais conhecido entretanto, o sismgrafo mecnico inventado por John Milne, em torno de 1880, chamado sismgrafo de pndulo invertido, ou sismgrafo de Milne. Para registrar as ondas verticais utilizado um pndulo equilibrado por mola e para as ondas horizontais so utilizados mais dois, centrados pela gravidade, instalados a 90 um do outro.

Montagem(a) Para construir um sismgrafo de Milne utilize uma base de madeira de (2 x 15 x 30) cm.(b) Fixe numa das extremidades dessa base um sarrafo de (3 x 3 x 12) cm com cola e pregos,(c) e sobre esse sarrafo, a 90o, um outro sarrafo de (2 x 3 x 7) cm.

mailto:mmmoura.bh@terra.com.brmailto:mmmoura.bh@terra.com.brmailto:leobarretos@uol.com.br

(d) Utilize uma vareta de madeira leve de (0,5 x 1,5 x 25) cm para fazer o pndulo.(e) Faa um furo de 3 mm de dimetro, afastado de 1 cm de cada ponta dessa vareta, e mais um a 5 cm para prender a mola.(f) Encaixe nos furos das pontas dois pedacinhos de tubo plstico (aquele que fica dentro das canetas esferogrficas). Em um desses tubinhos encaixe uma ponta porosa de caneta hidrocor (hidrogrfica), conforme se ilustra no detalhe da figura acima.(g) Fixe o outro lado da vareta-pndulo, com um prego por dentro do tubinho, na coluna lateral, a 4 cm da base. A vareta deve se mover facilmente.(h) Faa uma mola com um arame de ao e prenda no brao, como se ilustra. A tcnica para fazer molas pode ser vista na Sala 02 do Imperdvel (clique no destaque).(i) Consiga um pedao de chumbo, dobre em U e coloque-o 'montado' sobre a vareta-pndulo. Ajuste a mola ou desloque o chumbo ao longo da vareta at nivelar o pndulo.(j) Arranje uma latinha de ervilhas, vazia, para fazer o registrador. Cuidado! Martele as rebarbas da tampa para no cortar os dedos. Aparafuse a latinha pelo centro se seu fundo de modo que ela encoste na ponta do 'traador' (ponta macia entintada) e no aperte muito o parafuso para que a lata possa girar.(k) Cole um pedao de papel em volta da latinha com fita adesiva e coloque uma gota de tinta na ponta porosa se essa estiver seca.Agora s esperar que um caminho passe na rua. Quando o pndulo oscilar, v girando a lata devagarzinho para criar o registro.Nota: Se voc for bastante cuidadoso e habilidoso poder dar um 'jeitinho' da lata ficar girando o tempo todo dando uma volta a cada 12 horas, ou a cada 1 hora ou a cada minuto. J vislumbrou a tcnica?Basta comprar um desses relgio com uma pilha nas lojas de R$ 1,99; retirar o plstico que recobre o mostrador e retirar cuidadosamente os ponteiros. A seguir, instale esse relgio na horizontal e adapte o centro da lata no lugar do ponteiro que interessar; das horas, dos minutos ou dos segundos. Se voc usar o eixo do ponteiro dos segundos a latinha ir girar dando 'pulinhos' a cada segundo, realizando uma volta completa a cada minuto.Os sismgrafos deste tipo so fixados em bases rgidas ou em rochas, para aumentar a sensibilidade. O tambor do registrador movimentado por um motor que alm do tremor registra tambm os pulsos de um relgio para determinar a hora que o fenmeno ocorreu e sua durao. Ns no temos terremotos no Brasil, mas freqentemente ocorrem abalos ssmicos na cordilheira dos Andes que so registrados aqui.Um pouco de teoriaOs sismgrafos profissionais procedem sem interrupo ao registro dos movimentos do solo. O princpio fundamental do seu funcionamento simples: uma considervel massa colocada de tal modo que consegue permanecer inerte quase que de modo absoluto frente ao do movimento do solo. Acoplado massa h um sistema de alavancas muito leves, que, por intermdio de uma ponta entintada ou outro dispositivo adequado, efetua o registro. O sismograma (sucesso dos registros em um papel) portanto uma representao amplificada do movimento relativo entre a massa e o solo.Qualquer sismgrafo semelhante a um pndulo, que se pode pr em oscilao mediante um impulso. Uma tal oscilao designa-se por oscilao livre e o respectivo perodo (To) o perodo prprio do pndulo. Se o perodo do movimento do solo (T) sensivelmente menor do que o perodo prprio do sismgrafo (T

(M) ficar em repouso e o movimento relativo solo/massa registrado com o auxlio das alavancas amplificadoras. Se o perodo do movimento do solo muito maior do que o perodo prprio do sismgrafo (T>>To), a massa acaba por acompanhar o solo no seu movimento, no h movimento relativo, nem por conseguinte registro.

Entre estas duas hipteses situa-se o caso da ressonncia:a massa oscila livremente e com amplitude crescente, medida que chegam novas ondas do mesmo perodo (T = To). O mximo de ressonncia, frente ao amortecimento do sismgrafo, pode ser mais ou menos reduzido, at completa supresso. Por outro lado, o amortecimento impede a manifestao de um defeito do sismgrafo, que seria o falso registro de ondas aps a chegada de um nico impulso, pelo fato do sismgrafo entrar em oscilao livre.

Quando o amortecimento forte (c), na ilustrao acima, obtm-se registros aceitveis das oscilaes do solo cujo perodo seja inferior ao dobro do perodo prprio do sismgrafo. De sismos afastados chegam-nos perodos de 20 s e mais, pelo que os perodos prprios devem ser pelo menos da ordem dos 10 s.Ora, um pndulo simples com este perodo tem o comprimento de 25 m; mas possvel com determinados dispositivos mecnicos atingir o perodo desejado sem exagerar as dimenses dos aparelhos. Podem obter-se amplificaes de centenas ou milhares de vezes com o sistema de alavancas, que devem ser leves e o mais possvel livres de atrito nas articulaes. Apesar disso, para vencer o atrito da ponta de registro sobre o sismograma, tornam-se necessrias grandes massas (1 a 20 toneladas).O registro ptico (fotogrfico) completamente livre de atrito, permite reduzir a massa a

1 kg ou ainda menos e, paralelamente, realiza amplificaes da ordem de centenas de milhares ou mesmo milhes de vezes. A transformao das oscilaes mecnicas em correntes eltricas pulsantes, por via eletromagntica, bastante prtica. Tais sismgrafos podem dispor igualmente do registro ptico, quando acoplados a galvanmetros de espelho.Cada sismgrafo deve possuir um dispositivo de marcao de tempos, que, na maior parte das vezes, consiste em pequenas interrupes do registro (1 a 2 segundos) no inicio de cada minuto e comandadas por um bom relgio de quartzo, cujo estado deve ser determinado diariamente por sinais-rdio oriundos de algum observatrio astronmico. O tempo utilizado sempre o tempo mdio de Greenwich (TMG).Deve-se a E. Wiechert a concepo e montagem do primeiro sismgrafo capaz de fornecer registros legveis de sismos afastados. O seu princpio fundamental o do pndulo invertido. Com os seus colaboradores, Wiechert fundou a investigao do interior da Terra, com os primeiros resultados bem estabelecidos.