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Rapporto Tecnico IMGC 102 Settembre 2003

MISURE ASSOLUTE DELL'ACCELERAZIONE DI GRAVITÀ A NAPOLI, ISCHIA, POZZUOLI ED ERCOLANO

ABSOLUTE MEASUREMENTS OF THE

ACCELERATION DUE TO GRAVITY IN NAPLES, ISCHIA, POZZUOLI AND ERCOLANO

S. Desogus, A.Germak, C. Origlia

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SOMMARIO Il lavoro descritto nel presente rapporto è stato eseguito nel maggio 2003 dall'Istituto di Metrologia "G. Colonnetti" (IMGC) del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) per conto dell’OSSERVATORIO VESUVIANO - Sezione di Napoli dell’INGV sulla base del contratto N° 389 del 4/2/2003.

Nel rapporto sono riportati i risultati sperimentali delle misure assolute di gravità effettuate a Napoli nell’Università (Dip. di Vulcanologia e Geofisica e Chiesa di S. Marcellino), a Ischia nell’Osservatorio Grablovitz, a Pozzuoli nell’Accademia Aeronautica Militare e ad Ercolano, sulle pendici del vulcano Vesuvio, nella sede storica dell’Osservatorio Vesuviano.

Per la misura assoluta dell’accelerazione di gravità locale, g, è stato utilizzato un nuovo gravimetro realizzato dall'IMGC-CNR /1,2/ derivato da quello precedentemente realizzato in collaborazione con il Bureau International des Poids et Mesures di Sèvres (BIPM) (Fig.1) /3/.

ABSTRACT The work described in the report was carried out on May 2003 by the Istituto di Metrologia "G. Colonnetti" (IMGC) of the National Research Council (CNR) of Italy for the OSSERVATORIO VESUVIANO – Naples’s section of INGV, under the contract Nr. 389, dated 4/2/2003

The experimental results of the absolute measurements of the acceleration due to gravity carried out in Naples (University - Dept. of Vulcanology and Geophysics, S. Marcellino’s Church), Ischia (Grablovitz Observatory), Pozzuoli (Military Aeronautics Academy) and Ercolano, on the slope of the Vesuvio volcano in the historical center of the Vesuviano Observatory, are reported.

For absolute measurements of acceleration due to gravity, g, the new gravimeter designed and constructed by IMGC-CNR (Fig. 1) /1, 2/ derives from those previous one developed in cooperation with the Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) /3/, have been used.

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INDICE DEI CAPITOLI SOMMARIO .................................................................................................................... 2 ABSTRACT ..................................................................................................................... 2 1 INTRODUZIONE ......................................................................................................... 5 1 INTRODUZIONE ......................................................................................................... 5 2 DESCRIZIONE DEL GRAVIMENTRO ASSOLUTO IMGC ................................. 6

2.1 Metodo di misura ................................................................................................ 6 2.2 Descrizione tecnica ............................................................................................. 6

3 ANALISI DELL’INCERTEZZA .............................................................................. 9 3.1 Incertezza del gravimetro assoluto IMGC .......................................................... 9 3.2 Incertezza estesa delle misure effettuate con il gravimetro assoluto IMGC .... 10

4 RISULTATI SPERIMENTALI .............................................................................. 11 4.1 Napoli – Università, Dipartimento di Geofisica e Vulcanologia ...................... 13 4.1 Napoli – Università, Dipartimento di Geofisica e Vulcanologia ...................... 13 4.2 Napoli – Università, Chiesa di S. marcellino .................................................... 19 4.3 Ischia – Osservatorio Grablovitz ....................................................................... 26 4.4 Pozzuoli (Na) – Accademia Aeronautica Militare ............................................ 32 4.5 Ercolano (Na) - Osservatorio Vesuviano .......................................................... 37

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................ 43

INDICE DELLE TABELLE

Tabella 3.1. Tabella del calcolo dell’incertezza del gravimetro assoluto IMGC ........ 10 Tabella 4.1.1. Calcolo dell’incertezza estesa delle misure (UNI Napoli – DGV) .......... 13 Tabella 4.1.2. Parametri di input al programma ETGTAB per il calcolo dell’effetto

di marea (UNI Napoli – DGV) ................................................................. 18 Tabella 4.2.1. Calcolo dell’incertezza estesa delle misure (UNI Napoli, Chiesa di

S. Marcellino) .......................................................................................... 19 Tabella 4.2.2. Parametri di input al programma ETGTAB per il calcolo dell’effetto

di marea (UNI Napoli – Chiesa di S. Marcellino) ................................... 25 Tabella 4.3.1. Calcolo dell’incertezza estesa delle misure (Osservatorio Grablovitz

di Ischia) .................................................................................................. 26 Tabella 4.3.2. Parametri di input al programma ETGTAB per il calcolo dell’effetto

di marea (Osservatorio Grablovitz di Ischia) .......................................... 31 Tabella 4.4.1. Calcolo dell’incertezza estesa delle misure (Accademia Aeronautica

Mil. di Pozzuoli) ....................................................................................... 32 Tabella 4.4.2. Parametri di input al programma ETGTAB per il calcolo dell’effetto

di marea (Accademia Aeronautica Mil. di Pozzuoli) .............................. 36 Tabella 4.5.1. Calcolo dell’incertezza estesa delle misure (Osservatorio Vesuviano

di Ercolano) ............................................................................................. 37 Tabella 4.5.2. Parametri di input al programma ETGTAB per il calcolo dell’effetto

di marea (Osservatorio Vesuviano di Ercolano) ..................................... 42

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INDICE DELLE FIGURE Fig. 1. Campane di misura del vecchio (sin) e nuovo (dx) Gravimetro Assoluto

IMGC-CNR ................................................................................................... 5 Fig. 2. Schema ottico del Gravimetro Assoluto IMGC-CNR ................................... 7 Fig. 3. Esempio di tabulato di output del sistema di acquizione ed elaborazione

dati. ............................................................................................................... 8 Fig. 4.1.1. Istogramma delle misure (UNI Napoli – DGV) ......................................... 14 Fig. 4.1.2. Grafico di probabilità normale (UNI Napoli – DGV) ............................... 15 Fig. 4.1.3. Deriva delle misure (UNI Napoli – DGV) ................................................. 15 Fig. 4.1.4.1. Cortile interno dell’Università di Napoli ( porta di accesso al sito) ......... 16 Fig. 4.1.4.2. Porta di accesso al sito dal cortile ............................................................. 16 Fig. 4.1.4.3. Installazione in situ del gravimetro assoluto IMGC .................................. 16 Fig. 4.1.5. Monografia della Stazione dell’Università di Napoli – DGV .................... 17 Fig. 4.2.1. Istogramma delle misure (Napoli – Chiesa di S. Marcellino) .................. 20 Fig. 4.2.2. Grafico di probabilità normale (Napoli – Chiesa di S. Marcellino) ......... 21 Fig. 4.2.3. Deriva delle misure (Napoli – Chiesa di S. Marcellino) ........................... 21 Fig. 4.2.4.2. Porta di accesso al sito dal cortile ............................................................. 22 Fig. 4.2.4.3. Portone di ingresso esterno della Chiesa di S. Marcellino ....................... 22 Fig. 4.2.4.4 Porta di accesso dall’interno della Chiesa di S. Marcellino ..................... 22 Fig. 4.2.4.5. Installazione in situ del gravimetro assoluto IMGC .................................. 23 Fig. 4.2.4.5. Installazione in situ del gravimetro assoluto IMGC .................................. 23 Fig. 4.2.4.6. Installazione in situ del gravimetro assoluto IMGC .................................. 23 Fig. 4.2.4.7. Installazione in situ del gravimetro assoluto IMGC .................................. 23 Fig. 4.2.5. Monografia della Stazione dell’UNI – Napoli, Chiesa di S. Marcellino ... 24 Fig. 4.3.1. Istogramma delle misure (Osservatorio Grablovitz di Ischia) .................. 27 Fig. 4.3.2. Grafico di probabilità normale (Osservatorio Grablovitz di Ischia) ........ 28 Fig. 4.3.3. Deriva delle misure (Osservatorio Grablovitz di Ischia) .......................... 28 Fig. 4.3.4.1. Cortile interno dell’Osservatorio Grablovitz ............................................. 29 Fig. 4.3.4.2. Porta di accesso al sito dal cortile ............................................................. 29 Fig. 4.3.4.3. Installazione in situ del gravimetro assoluto IMGC .................................. 29 Fig. 4.3.4.4. Installazione in situ del gravimetro assoluto IMGC .................................. 29 Fig. 4.3.5. Monografia della Stazione dell’Osservatorio Grablovitz di Ischia .......... 30 Fig. 4.4.1. Istogramma delle misure (Accademia Aeronautica Mil. di Pozzuoli) ....... 33 Fig. 4.4.2. Grafico di probabilità normale (Accademia Aer. Mil. di Pozzuoli) .......... 34 Fig. 4.4.3. Deriva delle misure (Accademia Aer. Mil. di Pozzuoli) ............................ 34 Fig. 4.4.5. Monografia della Stazione dell’Accademia Aer. Mil. di Pozzuoli ............. 35 Fig. 4.5.1. Istogramma delle misure (Osservatorio Vesuviano di Ercolano) .............. 38 Fig. 4.5.2. Grafico di probabilità normale (Oss. Vesuviano di Ercolano) .................. 39 Fig. 4.5.3. Deriva delle misure (Osservatorio Vesuviano di Ercolano) ...................... 39 Fig. 4.5.4.1. Cortile interno dell’Osservatorio ............................................................... 40 Fig. 4.5.4.2. Installazione in situ del gravimetro assoluto IMGC .................................. 40 Fig. 4.5.4.3. Installazione in situ del gravimetro assoluto IMGC .................................. 40 Fig. 4.5.5. Monografia della Stazione dell’Osservatorio Vesuviano di Ercolano ...... 41

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1 INTRODUZIONE Per la misura assoluta dell’accelerazione di gravità locale, g, è stato utilizzato un nuovo gravimetro realizzato dall'IMGC-CNR /1,2/ derivato da quello precedentemente realizzato in collaborazione con il Bureau International des Poids et Mesures di Sèvres (BIPM) (Fig.1) /3/.

Tale strumento è stato confrontato con il precedente tramite una serie di misurazioni effettuate nel sito IMGC-CNR per un periodo di alcuni mesi. Il gravimetro IMGC-CNR è stato utilizzato, negli anni passati, per determinare g in numerose località dell'Europa, degli USA e della Repubblica Popolare Cinese e in Antartide /da 4 a 10/. Sei confronti internazionali nel 1982, 1985, 1989, 1994, 1997 e 2001 /da 11 a 15/ nella sede del BIPM hanno permesso di paragonare le prestazioni dell'apparecchio usato, con quelle di analoghe strumentazioni realizzate in laboratori stranieri.

Fig. 1. Campane di misura del vecchio (sin) e nuovo (dx) Gravimetro Assoluto IMGC-CNR

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2 DESCRIZIONE DEL GRAVIMENTRO ASSOLUTO IMGC 2.1 METODO DI MISURA

Viene utilizzato per la misura il metodo della caduta libera di un grave sottoposto alla sola forza di gravità. Più precisamente viene esaminato il moto di un corpo lungo una traiettoria simmetrica rispetto alla sommità della stessa.

Questa simmetria del movimento offre alla tecnica di misura importanti vantaggi rispetto alla caduta semplice di un corpo: fra i principali ricordiamo una minore influenza dell'attrito dell'aria ed una migliore precisione intrinseca del metodo.

Un corpo viene lanciato in senso verticale e durante il suo volo localizza un numero molto grande di stazioni equidistanti tra loro. Il metodo di misura, detto a stazioni multiple, consiste nel misurare gli intervalli di tempo che impiega il corpo a percorrere le distanze tra due stazioni successive. Per ogni lancio questi dati vengono memorizzati e quindi un microprocessore provvede alla elaborazione ed al calcolo del valore di g che meglio adatta le misure effettuate alla legge del moto.

2.2 DESCRIZIONE TECNICA

Le parti fondamentali dello strumento sono un nuovo interferometro tipo Mach-Zehnder /16/ ed un sismometro a lungo periodo (ca. 25 s) (Fig. 2).

Sulla massa inerziale del sismometro è posto un riflettore a forma di spigolo di cubo, che costituisce lo specchio di riferimento dell'interferometro.

La radiazione di un laser all'elio-neo stabilizzato è utilizzata come unità standard di lunghezza. Il secondo specchio dell'interferometro è costituito da un altro spigolo di cubo analogo al precedente. Entrambi gli spigoli di cubo sono situati sulla stessa linea verticale. Il secondo riflettore viene lanciato verticalmente da un dispositivo meccanico a catapulta, che gli fa percorrere una traiettoria dell'ordine di 0,2 m in un cilindro mantenuto sotto vuoto (all'incirca a 0,1 Pa). Durante il volo dello spigolo di cubo (o triedro) in uscita all'interferometro sfila una serie di frange di interferenza che vengono rivelate da un fotomoltiplicatore e convertite in un segnale elettrico adatto a pilotare i circuiti elettronici di misura.

Il sistema non comprende una unità di lunghezza materiale. Pertanto la misura ha inizio ad un istante predeterminato, ma arbitrario, lungo la traiettoria in salita.

L'equidistanza tra le stazioni è ottenuta da conteggi successivi di un numero intero costante di frange di interferenza (nel nostro caso 1024), cioè ogni stazione dista dalla precedente e dalla successiva di una distanza d = 1024 λ/2 essendo λ la lunghezza d'onda della radiazione del laser.

Il tempo impiegato dal grave a percorrere queste distanze è misurata con un contatore che ha una risoluzione dell'ordine di 100 ps. Un orologio atomico al rubidio fornisce a questo contatore la sufficiente stabilità come campione di tempo.

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Separatrice Riflessione totale

Riflessione totale

Riflessione parziale (50 %) Riflessione

parziale (50 %)

ATTUATORE P.Z.T.

AUTO-COLLIMATORE

SEPARATRIC

INTERFEROMETRO MACH-ZEHNDER

LASER

CORNER-CUBE MOBILE

FOTOMOLTIPLICATORE

SPECCHIO

CORNER- CUBE DI RIFERIMENTO

SISMOMETRO

Fig. 2. Schema ottico del Gravimetro Assoluto IMGC-CNR Come detto in precedenza l'insieme di queste coppie di dati, distanze d (sempre costanti) e tempi impiegati a percorrerle, s, sono prima memorizzati e poi elaborati grazie ad un microprocessore giungendo ad un valore di g per ogni lancio.

Questo valore è riferito ad un punto localizzato al di sotto della sommità della traiettoria di una distanza pari a circa 1/6 della lunghezza utile della traiettoria stessa. Il tabulato fornito per ogni lancio (un esempio in fig. 3) riporta questa quota, il valore misurato dell’accelerazione di gravità locale con lo scarto tipo della regressione, oltre ad una valutazione del coefficiente di frenaggio dell'aria residua.

Ovviamente al valore di g riportato nel tabulato devono essere applicate le correzioni dovute all'attrazione luni-solare (marea gravimetrica), alla differenza tra pressione

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normale e atmosferica e al cambiamento dell’asse di rotazione istantaneo della terra (polar motion).

Il valore di g associato ad ogni stazione di misura si calcola come valor medio delle n misurazioni effettuate (dopo aver applicato le correzioni sopra descritte) ed è riferito ad una specifica altezza rispetto alla superficie del pavimento. Al volare di g è associa l’incertezza estesa calcolata secondo il metodo di combinazione delle incertezze come suggerito dalla guida ISO GUM /17/.

Fig. 3. Esempio di tabulato di output del sistema di acquisizione ed elaborazione dati.

In esso sono riportate: a) Località, data e ora della misurazione b) quota di riferimento della misura; c) valore di misura di g; d) scarto tipo del valore di misura g; e) Ampiezza dei residui della regressione.

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3 ANALISI DELL’INCERTEZZA L’incertezza associata alla misura di g è calcolata combinando i contributi d’incertezza del gravimetro assoluto IMGC e dei risultati di misura delle diverse stazioni.

3.1 INCERTEZZA DEL GRAVIMETRO ASSOLUTO IMGC

Di seguito sono analizzati i principali parametri di influenza della misura, utilizzati per il calcolo dell’incertezza estesa dello strumento.

3.1.1 MISURA DELLE DISTANZE

L’errore che si compie in questa misura è proporzionale alla riproducibilità e stabilità della lunghezza d’onda della radiazione del laser. In questi esperimenti è stato utilizzato un laser elio-neo a cella di assorbimento allo iodio. Ci si può aspettare quindi per questa causa un errore massimo relativo inferiore a 1·10-9, che corrisponde ad 1·10-8 m·s-2 nella misura di g. Anche il rumore microsismico, alterando la posizione del triedro di riferimento, può influenzare la misura della distanza.

L’uso di un sismometro a lungo periodo, la cui massa inerziale funge da supporto per il triedro fisso, diminuisce l’effetto microsismico di circa 20 volte.

Le vibrazioni indotte sul triedro mobile dallo shock meccanico dell’operazione di lancio, possono avere un effetto perturbatore. Pertanto la misura ha inizio con un ritardo predeterminato rispetto all’istante di partenza in modo da evitare vibrazioni del triedro.

3.1.2 VERTICALITÀ DEL FASCIO LASER

La verticalità del fascio viene controllata mediante l'uso di un bagno di mercurio. L'errore deve essere minore di 10-4 rad per avere errori inferiori a 5·10-8 m·s-2 della misura di g. Si assume questo valore nella valutazione dell'errore globale.

3.1.3 VERTICALITÀ DELLA TRAIETTORIA

E' necessario che la visibilità delle frange di interferenza risulti omogenea e superiore all'90% per tutta la traiettoria: questo comporta errori di verticalità di lancio inferiori a 10-5 rad.

3.1.4 ROTAZIONI DEL TRIEDRO MOBILE

Il triedro è costruito in modo tale che il suo baricentro ed il centro ottico coincidano entro 0,019 mm: essendo le rotazioni inferiori a 0,0145 rad/s il contributo all’incertezza risulta essere pari a 0,2·10-8 m·s-2 /16/.

3.1.5 MISURA DEI TEMPI

Viene usato un orologio atomico al rubidio come campione di frequenza. La sua stabilità è dell'ordine di 10-10. Il dispositivo per la misura degli intervalli di tempo ha una risoluzione di circa 100 ps. Un errore globale su g dovuto ad errori di misura dei tempi dell'ordine di 2·10-8 m·s-2 è verosimile.

3.1.6 ALTRE CAUSE DI ERRORE

Campi magnetici inducono correnti elettriche nel metallo del triedro durante il volo. Per limitarne gli effetti tutte le parti metalliche sono costruite con materiali non magnetici.

Cariche elettrostatiche possono accumularsi sul triedro e sulla parte interna del cilindro di vetro. Per quanto possibile si è provveduto a schermature connesse a terra. Pur

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tuttavia questa influenza si può valutare in 3·10-8 m·s-2. La spinta di Archimede sul triedro mobile dovuta all'aria residua è insignificante al livello di vuoto di esercizio.

3.1.7 CALCOLO DELL’INCERTEZZA ESTESA

Nella tabella 3.1 è riportato il calcolo dell’incertezza estesa espressa al livello di fiducia del 95% (con fattore di copertura k=1.99 e 69 gradi di libertà); essa risulta essere:

Ugravimetro = 7,1·10-8 m·s-2

Tabella 3.1. Tabella del calcolo dell’incertezza del gravimetro assoluto IMGC

Parametri di influenza, x i

ValoreCategoria A,

s i

Categoria B, a i

∆gVarianza

equivalente, u 2 (x i )

coefficienti di sensibilità, c i

Contributo alla

varianza, u i

2 (y)

Gradi di libertà,

ν i

laser 1.0E-09 1.0E-08 m·s-2 5.0E-09 2.5E-17 1.0E+00 2.5E-17 5verticalità laser <10-4 rad 5.0E-08 m·s-2 3.8E-08 -1.3E-08 4.7E-16 1.0E+00 4.7E-16 30rotazione triedro <0,015 rad/s 1.0E-08 m·s-2 1.0E-08 3.3E-17 1.0E+00 3.3E-17 30orologio 1.0E-09 1.0E-08 m·s-2 5.0E-09 2.5E-17 1.0E+00 2.5E-17 30altri 3.0E-08 m·s-2 3.0E-08 3.0E-16 1.0E+00 3.0E-16 30misura altezza di lancio 0.5 mm 1.5E-09 m·s-2 1.5E-09 7.5E-19 1.0E+00 7.5E-19 5

TOT -1.3E-08 Varianza 8.5E-16Incertezza tipo, u 2.9E-08gradi di libertà effettivi, νeff 69Livello di fiducia, p 95%Fattore di copertura, k 1.99Incertezza estesa, U 7.1E-08 m·s-2

Incertezza estesa relativa, U rel 7.2E-09

Note

3.2 INCERTEZZA ESTESA DELLE MISURE EFFETTUATE CON IL GRAVIMETRO ASSOLUTO IMGC

Per ottenere l’incertezza delle misure effettuate nei diversi siti, occorre combinare l’incertezza tipo del gravimetro assoluto IMGC con i contributi di incertezza tipici delle singole misure, che sono:

• scarto tipo del valor medio calcolato su n misurazioni (n diverso per ogni stazione di misura),

• incertezza della correzione per la differenza tra quella normale e quella atmosferica durante le misurazioni, valutata secondo la risoluzione n. 9 dell'IAG del 1983. Questo porta ad una correzione pari a:

δg = 0,35 ⋅ δP ·10-8 m·s-2

in cui:

δP = Pa - Pn

dove Pa è la pressione atmosferica misurata e Pn la pressione normale del sito.

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Il valore Pn è calcolato per ogni luogo mediante la relazione:

mbarHPn

2559,53

15,2880065,011001325,1

−⋅=

dove H è altitudine della stazione

• incertezza delle correzioni dovute all'attrazione luni-solare (marea gravimetrica), calcolate con il programma ETGTAB versione 3.0 sviluppato dal prof. Wenzel secondo il potenziale di marea calcolato da Tamura /18/. Per ogni stazione di misura sono forniti i parametri di input al programma ETGTAB (tabelle 4.1.2, 4.2.2, 4.3.2, 4.4.2, 4.5.2) calcolati secondo i modelli di marea oceanica di Schwiderski e il modello di marea del corpo di Wahr-Dehant.

• incertezza della correzione dovuta al cambiamento dell’asse di rotazione istantaneo della terra (nutazione o polar motion), calcolata secondo il programma ETERNA versione 3.3 /19, 20/.

Ai risultati sperimentali successivamente descritti, saranno allegate le tabelle di incertezza relative alle diverse stazioni, calcolate come precedentemente descritto ed osservando le indicazioni della guida ISO GUM /17/.

4 RISULTATI SPERIMENTALI Sono riportati i risultati sperimentali delle misure assolute di gravità effettuate a Napoli nell’Università (Dip. di Vulcanologia e Geofisica e Chiesa di S. Marcellino), a Ischia nell’Osservatorio Grablovitz, a Pozzuoli nell’Accademia Aeronautica Militare e a Ercolano sulle pendici del vulcano Vesuvio nella sede storica dell’Osservatorio Vesuviano.

Le monografie riportate nelle figg. 4.1.5, 4.2.5, 4.3.5, 4.4.5 e 4.5.5 localizzano il punto di misura. Gli istogrammi dei risultati sperimentali sono riportati nelle figg. 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 e 5.5.

• Nell’Università di Napoli - Dipartimento di Geofisica e Vulcanologia - sono già state effettuate misurazioni con la precedente apparecchiatura nell’anno 1986 (Rapporto R239) /21/.

• Nell’Osservatorio Grablovitz di Ischia sono già state effettuate misurazioni con la precedente apparecchiatura nell’anno 1994 (Rapporto R385) /22/.

• Nell’Osservatorio Vesuviano di Ercolano sono già state effettuate misurazioni con la stessa apparecchiatura negli anni 1986, 1994 e 1996, 1998 (Rapporti R238, R385, R433, R481) /da 22 a 25/.

• Nell’Accademia Aeronautica di Pozzuoli sono già state effettuate misurazioni con la precedente apparecchiatura nell’anno 1998 (Rapporto R481) /25/.

Di ogni stazione di misura sono stati analizzati i dati secondo i seguenti metodi statistici:

• Principio di esclusione di Chauvenet: per l’evidenziazione, ed eventuale eliminazione, di dati non appartenenti ad una distribuzione normale avente

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stessa media e scarto tipo della distribuzione sperimentale, sospettati quindi di essere affetti da errori accidentali

• Istogramma delle misure

• Test del χ2 e grafico di probabilità normale: per il confronto tra la distribuzione del χ2 sperimentale rispetto a quella teorica per la verifica della normalità dei dati

• regressione lineare dei dati in funzione del tempo: per l’individuazione di effetti di deriva nelle misure

I risultati dei test e delle analisi sopra descritte sono presentati nel paragrafo dei risultati di misura per ogni stazione effettuata.

I dati presentati e sui quali è stato calcolato il valor medio e l’incertezza sono già depurati da eventuali incidenti di misura individuati dal principio di esclusione di Chauvenet.

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4.1 NAPOLI – UNIVERSITÀ, DIPARTIMENTO DI GEOFISICA E VULCANOLOGIA

Il punto di misura è stato eseguito nel laboratorio del Dipartimento, sito al piano terra (figg. 4.1.4÷.5)

Data: 2003, maggio 6

Numero di misure: n = 199

Valore medio misurato di g: gmm = 980 257 873,0·10-8 m·s-2

Scarto tipo delle misure: s = 67,4·10-8 m·s-2

Scarto tipo del valore medio: sm = 4,8·10-8 m·s-2

Incertezza tipo: u = 6,0·10-8 m·s-2

Incertezza estesa (livello di fiducia p = 95%, gradi di libertà ν = 255, fattore di copertura k = 1,97): U = 11,8·10-8 m·s-2

Quota del punto di misura rispetto alla superficie del pavimento: Ho = (0,5504±0,001) m

Altezza media del lancio: h = (0,2174±0,0001) m

Altitudine del sito s.l.m.: H = 24 m

Temperatura media misurata: T = (24,8±0,2) °C

Umidità media misurata: Um = (37,5±0,3) %RH

Pressione normale: Pn = 1010,4 mbar

Pressione media misurata: Pa = (1016,7±0,1) mbar

Correzione media di pressione: ∆gP = +2,2·10-8 m·s-2

Valore medio calcolato di g (gmm+∆gP): gmc = 980 257 875,2·10-8 m·s-2

Tabella 4.1.1. Calcolo dell’incertezza estesa delle misure (UNI Napoli – DGV)

Parametri di influenza, x i

Categoria A, s i

Categoria B, a i

Varianza equivalente,

u 2 (x i )

coefficienti di sensibilità, c i

Contributo alla

varianza, u i

2 (y)

Gradi di

libertà, ν i

Gravimetro 3.5E-08 m·s-2 3.5E-08 1.3E-15 1.0E+00 1.3E-15 69Pressione 6.3E+00 mbar 3.2E-09 m·s-2 1.6E-09 8.3E-19 1.0E+00 8.3E-19 15Marea 2.0E-09 m·s-2 1.0E-09 3.3E-19 1.0E+00 3.3E-19 15Polar Motion 1.0E-09 m·s-2 5.0E-10 8.3E-20 1.0E+00 8.3E-20 15Scarto tipo media 4.8E-08 m·s-2 4.8E-08 2.3E-15 1.0E+00 2.3E-15 198

Varianza 3.6E-15Incertezza tipo, u 6.0E-08gradi di libertà effettivi, ν eff 255Livello di fiducia, p 95%Fattore di copertura, k 1.97Incertezza estesa, U 1.18E-07 m·s-2

NoteValore

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Fig. 4.1.1. Misure assolute di g , IMGC - ItalyUNI Napoli - DGV, 2003, maggio 6

Istogramma delle misure

1 1

6

10

20

26

30

33

25

20

14

53 4

10

5

10

15

20

25

30

35

40

695

722

749

776

802

829

856

883

909

936

963

990

1017

1043

1070

g /m·s-2

frequ

enza

ass

olut

a sp

erim

enta

le e

teor

ica

9,80257...

Nr. Dati: 199 Media: 980257875,2·10-8 m·s-2 Scarto tipo: 67,4·10-8 m·s-2 Scarto tipo della media : 4,8·10-8 m·s-2

Test del χ2

χ2 sperimentale: 7,6

livello di fiducia: 80% Numero di classi: 15 Numero di vincoli: 3 Numero di gradi di libertà: 12 Valore del χ2 teorico minimo: 6,3 Valore del χ2 teorico massimo: 18,5

Conclusioni: Il valore del χ2 sperimentale è compreso tra i limiti teorici minimo e massimo: non vi sono quindi ragioni per rifiutare l’ipotesi di distribuzione normale.

15

Fig. 4.1.2. Misure assolute di g , IMGC - ItalyUNI Napoli - DGV, 2003 maggio 6Grafico di probabilità normale

-3

-2

-1

0

1

2

3

690 740 790 840 890 940 990 1040 1090

g /m·s-2

varia

bile

sta

ndar

dizz

ata,

z

9,80257...

Dal G.P.N. non si evidenziano fenomeni che facciano pensare a deviazioni rispetto alla distribuzione normale dei dati, a parte fenomeni isolati di iper e ipo normalità sulle code rispettivamente di sinistra e destra.

Fig. 4.1.3. Misure assolute di g , IMGC - ItalyUNI Napoli - DGV, 2003, maggio 6

Deriva delle misure

690740790840890940990

10401090

0 1 2 3 4 5 6

tempo /h

g/m

·s-2

9,80257...

L’effetto di deriva di -1,4·10-8·h m·s-2 rapportato alla dispersione dei dati (scarto tipo del coefficiente) di 3,0·10-8 m·s-2·h non è significativo al livello di fiducia del 95%.

16

Fig. 4.1.4.1. Cortile interno dell’Università di Napoli ( porta di accesso al sito)

Fig. 4.1.4.2. Porta di accesso al sito dal cortile

Fig. 4.1.4.3. Installazione in situ del gravimetro assoluto IMGC

17

Fig. 4.1.5. Monografia della Stazione dell’Università di Napoli – DGV

18

Tabella 4.1.2. Parametri di input al programma ETGTAB per il calcolo dell’effetto di marea (UNI Napoli – DGV)

Ellipsoidal latitude in degree: 40.8413 Ellipsoidal longitude in degree: 14.2552 Ellipsoidal height in meter: 24.000 Gravity in m/s**2: 9.8026 Azimuth in degree clockwise from north: 0.000 Earth tide component (-1...9): 0 Printout of tidal potential (0...2): 0 Initial epoch(YYMMDDHH): 2003 05 05 09 Number of hours: 80 Time interval in secs: 60 Tidal potential (0...3): 2 Tides for a rigid Earth (IRIGID=1): 0 Gravimetric tides for Karslruhe Parameters from average of experiments KAL15601 and KAL24901 Start at 1990.03.29. 11 1 1 MOSO 1.0000 0.0000 2 285 MF 1.1894 0.3795 286 428 Q1 1.1534 -0.1252 429 537 O1 1.1506 0.0075 538 554 P1 1.1466 0.1522 555 739 K1 1.1318 0.1077 740 890 N2 1.1658 1.2642 891 987 M2 1.1724 1.0969 988 1008 S2 1.1751 0.5168 1009 1121 K2 1.1729 0.4693 1122 1214 M3 1.0705 0.0000

19

4.2 NAPOLI – UNIVERSITÀ, CHIESA DI S. MARCELLINO

Il punto di misura è stato eseguito in una stanza della chiesa, sita al piano terra e adiacente allo spogliatoio (fig. 4.2.4÷.5)

Data: 2003, maggio 7

Numero di misure: n = 250

Valore medio misurato di g: gmm = 980 257 863,9·10-8 m·s-2

Scarto tipo delle misure: s = 58,6·10-8 m·s-2

Scarto tipo del valore medio: sm = 3,7·10-8 m·s-2

Incertezza tipo u = 5,1·10-8 m·s-2

Incertezza estesa (livello di fiducia p = 95%, gradi di libertà ν = 226, fattore di copertura k = 1,97) U = 10,1·10-8 m·s-2

Quota del punto di misura rispetto alla superficie del pavimento: Ho = (0,5466±0,0005) m

Altezza media del lancio: h = (0,2169±0,0001) m

Altitudine del sito s.l.m.: H = 24 m

Temperatura media misurata: T = (23,5±0,2) °C

Umidità media misurata: Um = (36,3±0,3) %RH

Pressione normale: Pn = 1010,4 mbar

Pressione media misurata: Pa = (1020,0±0,1) mbar

Correzione media di pressione: ∆gP = +3,3·10-8 m·s-2

Valore medio calcolato di g (gmm+∆gP): gmc = 980 257 867,2·10-8 m·s-2

Tabella 4.2.1. Calcolo dell’incertezza estesa delle misure (UNI Napoli, Chiesa di S. Marcellino)

Parametri di influenza, x i

Categoria A, s i

Categoria B, a i

Varianza equivalente,

u 2 (x i )

coefficienti di sensibilità, c i

Contributo alla

varianza, u i

2 (y)

Gradi di

libertà, ν i

Gravimetro 3.5E-08 m·s-2 3.5E-08 1.3E-15 1.0E+00 1.3E-15 69Pressione 9.6E+00 mbar 4.8E-09 m·s-2 2.4E-09 1.9E-18 1.0E+00 1.9E-18 15Marea 2.0E-09 m·s-2 1.0E-09 3.3E-19 1.0E+00 3.3E-19 15Polar Motion 1.0E-09 m·s-2 5.0E-10 8.3E-20 1.0E+00 8.3E-20 15Scarto tipo media 3.7E-08 m·s-2 3.7E-08 1.4E-15 1.0E+00 1.4E-15 249

Varianza 2.6E-15Incertezza tipo, u 5.1E-08gradi di libertà effettivi, ν eff 226Livello di fiducia, p 95%Fattore di copertura, k 1.97Incertezza estesa, U 1.01E-07 m·s-2

NoteValore

20

Fig. 4.2.1. Misure assolute di g , IMGC - ItalyUNI Napoli - Chiesa S. Marcellino, 2003, maggio 7

Istogramma delle misure

1 24 5

9

17

2123

21

37 37

30

14 14

9

42

0

5

10

15

20

25

30

35

40

699

718

737

756

775

794

814

833

852

871

890

909

929

948

967

986

1005

g /m·s-2

frequ

enza

ass

olut

a sp

erim

enta

le e

teor

ica

9,80257...

Nr. Dati: 250 Media: 980 257 867,2·10-8 m·s-2 Scarto tipo: 58,6·10-8 m·s-2 Scarto tipo della media : 3,7·10-8 m·s-2

Test del χ2

χ2 sperimentale: 11,0 livello di fiducia: 80% Numero di classi: 17 Numero di vincoli: 3 Numero di gradi di libertà: 14 Valore del χ2 teorico minimo: 7,8 Valore del χ2 teorico massimo: 21,1 Conclusioni: Il valore del χ2 sperimentale è compreso tra i limiti teorici minimo e massimo: non vi sono quindi ragioni per rifiutare l’ipotesi di distribuzione normale.

21

Fig. 4.2.2. Misure assolute di g , IMGC - ItalyUNI Napoli - Chiesa S. Marcellino, 2003 maggio 7

Grafico di probabilità normale

-3

-2

-1

0

1

2

3

580 610 640 670 700 730 760 790 820 850 880

g /m·s-2

varia

bile

sta

ndar

dizz

ata,

z

9,80257...

Dal G.P.N. non si evidenziano fenomeni che facciano pensare a deviazioni rispetto alla distribuzione normale dei dati.

Fig. 4.2.3. Misure assolute di g , IMGC - ItalyUNI Napoli - Chiesa S. Marcellino, 2003, maggio 7

Deriva delle misure

580

630

680

730

780

830

880

0 1 2 3 4

tempo /h

g/m

·s-2

9,80257...

L’effetto di deriva di 2,5·10-8·h m·s-2 rapportato alla dispersione dei dati (scarto tipo del coefficiente) di 2,8·10-8·h m·s-2 non è significativo al livello di fiducia del 95%.

22

Fig. 4.2.4.1. Cortile interno dell’Università di Napoli;

( porta di accesso al sito)

Fig. 4.2.4.2. Porta di accesso al sito dal cortile

Fig. 4.2.4.3. Portone di ingresso esterno della Chiesa di S. Marcellino

Fig. 4.2.4.4 Porta di accesso ( ) dall’interno della Chiesa di S. Marcellino

23

Fig. 4.2.4.5. Installazione in situ del gravimetro assoluto IMGC

Fig. 4.2.4.5. Installazione in situ del gravimetro assoluto IMGC

Fig. 4.2.4.6. Installazione in situ del gravimetro assoluto IMGC

Fig. 4.2.4.7. Installazione in situ del gravimetro assoluto IMGC

24

Fig. 4.2.5. Monografia della Stazione dell’Università di Napoli – Chiesa di S. Marcellino

25

Tabella 4.2.2. Parametri di input al programma ETGTAB per il calcolo dell’effetto di marea (UNI Napoli – Chiesa di S. Marcellino)

Ellipsoidal latitude in degree: 40.8413 Ellipsoidal longitude in degree: 14.2552 Ellipsoidal height in meter: 24.000 Gravity in m/s**2: 9.8026 Azimuth in degree clockwise from north: 0.000 Earth tide component (-1...9): 0 Printout of tidal potential (0...2): 0 Initial epoch(YYMMDDHH): 2003 05 05 09 Number of hours: 80 Time interval in secs: 60 Tidal potential (0...3): 2 Tides for a rigid Earth (IRIGID=1): 0 Gravimetric tides for Karslruhe Parameters from average of experiments KAL15601 and KAL24901 Start at 1990.03.29. 11 1 1 MOSO 1.0000 0.0000 2 285 MF 1.1894 0.3795 286 428 Q1 1.1534 -0.1252 429 537 O1 1.1506 0.0075 538 554 P1 1.1466 0.1522 555 739 K1 1.1318 0.1077 740 890 N2 1.1658 1.2642 891 987 M2 1.1724 1.0969 988 1008 S2 1.1751 0.5168 1009 1121 K2 1.1729 0.4693 1122 1214 M3 1.0705 0.0000

26

4.3 ISCHIA – OSSERVATORIO GRABLOVITZ

Il punto di misura è stato eseguito in una palazzina accessibile dal cortile (figg. 4.3.4÷.5).

Data: 2003, maggio 8 e 9

Numero di misure: n = 352

Valore medio misurato di g: gmm = 980 259 379,2·10-8 m·s-2

Scarto tipo delle misure: s = 31,7·10-8 m·s-2

Scarto tipo del valore medio: sm = 1,7·10-8 m·s-2

Incertezza tipo: u = 3,9·10-8 m·s-2

Incertezza estesa (livello di fiducia p = 95%, gradi di libertà ν = 103, fattore di copertura k = 1,98): U = 7,8·10-8 m·s-2

Quota del punto di misura rispetto alla superficie del pavimento: Ho = (0,5425±0,0005) m

Altezza media del lancio: h = (0.2185±0,0005) m

Altitudine del sito s.l.m.: H = 24 m

Temperatura media misurata: T = (23,8±0,2) °C

Umidità media misurata: Um = (35,1±0,3) %RH

Pressione normale: Pn = 998,6 mbar

Pressione media misurata: Pa = (1006,9±0,1) mbar

Correzione media di pressione: ∆gP = +3,0·10-8 m·s-2

Valore medio calcolato di g (gmc+∆gP): gmc = 980 259 382,2·10-8 m·s-2

Tabella 4.3.1. Calcolo dell’incertezza estesa delle misure (Osservatorio Grablovitz di Ischia)

Parametri di influenza, x i

Categoria A, s i

Categoria B, a i

Varianza equivalente,

u 2 (x i )

coefficienti di sensibilità, c i

Contributo alla

varianza, u i

2 (y)

Gradi di

libertà, ν i

Gravimetro 3.5E-08 m·s-2 3.5E-08 1.3E-15 1.0E+00 1.3E-15 69Pressione 8.3E+00 mbar 4.2E-09 m·s-2 2.1E-09 1.4E-18 1.0E+00 1.4E-18 15Marea 2.0E-09 m·s-2 1.0E-09 3.3E-19 1.0E+00 3.3E-19 15Polar Motion 1.0E-09 m·s-2 5.0E-10 8.3E-20 1.0E+00 8.3E-20 15Scarto tipo media 1.7E-08 m·s-2 1.7E-08 2.9E-16 1.0E+00 2.9E-16 349

Varianza 1.5E-15Incertezza tipo, u 3.9E-08gradi di libertà effettivi, ν eff 103Livello di fiducia, p 95%Fattore di copertura, k 1.98Incertezza estesa, U 7.8E-08 m·s-2

NoteValore

27

Fig. 4.3.1. Misure assolute di g , IMGC - ItalyIschia (Na), 2003, maggio 8-9

Istogramma delle misure

2 14

129

2422

2831 31

42

46

30 29

22

7 74

0 10

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

295

304

313

322

331

341

350

359

368

377

387

396

405

414

423

433

442

451

460

469

g /m·s-2

frequ

enza

ass

olut

a sp

erim

enta

le e

teor

ica

9,80259...

Nr. Dati: 352 Media: 980259382,2·10-8 m·s-2 Scarto tipo: 31,7·10-8 m·s-2 Scarto tipo della media : 1,7·10-8 m·s-2

Test del χ2

χ2 sperimentale: 20,3 livello di fiducia: 80% Numero di classi: 20 Numero di vincoli: 3 Numero di gradi di libertà: 17 Valore del χ2 teorico minimo: 10,1 Valore del χ2 teorico massimo: 24,8 Conclusioni: Il valore del χ2 sperimentale è compreso tra i limiti teorici minimo e massimo: non vi sono quindi ragioni per rifiutare l’ipotesi di distribuzione normale.

28

Fig. 4.3.2. Misure assolute di g , IMGC - ItalyIschia (Na), 2003 maggio 8-9

Grafico di probabilità normale

-3

-2

-1

0

1

2

3

290 320 350 380 410 440 470

g /m·s-2

varia

bile

sta

ndar

dizz

ata,

z

9,80259...

Dal G.P.N. non si evidenziano fenomeni che facciano pensare a deviazioni rispetto alla distribuzione normale dei dati.

Fig. 4.3.3. Misure assolute di g , IMGC - ItalyIschia (Na), 2003, maggio 8-9

Deriva delle misure

290

340

390

440

490

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

tempo /h

g/m

·s-2

08-mag 09-mag mattina09-mag pomeriggio Lineare (08-mag)Lineare (09-mag pomeriggio) Lineare (09-mag mattina)

9,80259...

Gli effetti di deriva delle tre serie di dati (8 maggio, 9 maggio mattina e 9 maggio pomeriggio) rispettivamente di (9,8÷-1,4÷0,6)·10-8·h m·s-2, rapportati alla dispersione dei dati (scarto tipo dei coefficienti), rispettivamente di (11,1÷4,1÷12,4)·10-8·h m·s-2 non sono significativi al livello di fiducia del 95%.

29

Fig. 4.3.4.1. Cortile interno dell’Osservatorio Grablovitz Fig. 4.3.4.2. Porta di

accesso al sito dal cortile

Fig. 4.3.4.3. Installazione in situ del gravimetro assoluto IMGC

Fig. 4.3.4.4. Installazione in situ del gravimetro assoluto IMGC

30

Fig. 4.3.5. Monografia della Stazione dell’Osservatorio Grablovitz di Ischia (Na)

31

Tabella 4.3.2. Parametri di input al programma ETGTAB per il calcolo dell’effetto di marea (Osservatorio Grablovitz di Ischia)

Ellipsoidal latitude in degree: 40.7462 Ellipsoidal longitude in degree: 13.9020 Ellipsoidal height in meter: 123.000 Gravity in m/s**2: 9.8026 Azimuth in degree clockwise from north: 0.000 Earth tide component (-1...9): 0 Printout of tidal potential (0...2): 0 Initial epoch(YYMMDDHH): 2003 05 08 06 Number of hours: 144 Time interval in secs: 120 Tidal potential (0...3): 2 Tides for a rigid Earth (IRIGID=1): 0 Gravimetric tides for Karslruhe Parameters from average of experiments KAL15601 and KAL24901 Start at 1990.03.29. 11 1 1 MOSO 1.0000 0.0000 2 285 MF 1.1900 0.4036 286 428 Q1 1.1535 -0.1302 429 537 O1 1.1506 0.0036 538 554 P1 1.1466 0.1535 555 739 K1 1.1318 0.1091 740 890 N2 1.1654 1.2952 891 987 M2 1.1722 1.1308 988 1008 S2 1.1752 0.5425 1009 1121 K2 1.1730 0.4944 1122 1214 M3 1.0705 0.0000

32

4.4 POZZUOLI (NA) – ACCADEMIA AERONAUTICA MILITARE

Il punto di misura è stato eseguito in una stanza della palazzina comando (figg. 4.4.4÷5).

Data: 2003, maggio 12 e 13

Numero di misure: n = 367

Valore medio misurato di g: gmm = 980 231 128,1·10-8 m·s-2

Scarto tipo delle misure: s = 33,2·10-8 m·s-2

Scarto tipo del valore medio: sm = 1,7·10-8 m·s-2

Incertezza tipo: u = 3,9·10-8 m·s-2

Incertezza estesa (livello di fiducia p = 95%, gradi di libertà ν = 103, fattore di copertura k = 1,98): U = 7,8·10-8 m·s-2

Quota del punto di misura rispetto alla superficie del pavimento: Ho = (0,5432±0,0005) m

Altezza media del lancio: h = (0.2192±0,0005) m

Altitudine del sito s.l.m.: H = 100 m

Temperatura media misurata: T = (26,2±0,2) °C

Umidità media misurata: Um = n.a.

Pressione normale: Pn = 998,6 mbar

Pressione media misurata: Pa = (1001,3±0,1) mbar

Correzione media di pressione: ∆gP = +0,1·10-8 m·s-2

Valore medio calcolato di g (gmc+∆gP): gmc = 980 231 128,2·10-8 m·s-2

Tabella 4.4.1. Calcolo dell’incertezza estesa delle misure (Accademia Aeronautica Mil. di Pozzuoli)

Parametri di influenza, x i

Categoria A, s i

Categoria B, a i

Varianza equivalente,

u 2 (x i )

coefficienti di sensibilità, c i

Contributo alla

varianza, u i

2 (y)

Gradi di

libertà, ν i

Gravimetro 3.5E-08 m·s-2 3.5E-08 1.3E-15 1.0E+00 1.3E-15 69Pressione 5.0E-01 mbar 2.5E-10 m·s-2 1.3E-10 5.2E-21 1.0E+00 5.2E-21 15Marea 2.0E-09 m·s-2 1.0E-09 3.3E-19 1.0E+00 3.3E-19 15Polar Motion 1.0E-09 m·s-2 5.0E-10 8.3E-20 1.0E+00 8.3E-20 15Scarto tipo media 1.7E-08 m·s-2 1.7E-08 2.9E-16 1.0E+00 2.9E-16 364

Varianza 1.5E-15Incertezza tipo, u 3.9E-08gradi di libertà effettivi, ν eff 103Livello di fiducia, p 95%Fattore di copertura, k 1.98Incertezza estesa, U 7.8E-08 m·s-2

NoteValore

33

Fig. 4.4.1. Misure assolute di g , IMGC - ItalyPozzuoli (Na) - Accademia Aeronautica Mil, 2003, maggio 12

Istogramma delle misure

1

57

9 8

1720

37

31 31

45

39 40

27

19

8

13

8

1 10

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1040

1049

1058

1067

1076

1085

1094

1104

1113

1122

1131

1140

1149

1159

1168

1177

1186

1195

1204

1214

g /m·s-2

frequ

enza

ass

olut

a sp

erim

enta

le e

teor

ica

9,8023...

Nr. Dati: 367 Media: 980 231 128,2·10-8 m·s-2 Scarto tipo: 33,2·10-8 m·s-2 Scarto tipo della media : 1,7·10-8 m·s-2

Test del χ2

χ2 sperimentale: 20,3 livello di fiducia: 80% Numero di classi: 20 Numero di vincoli: 3 Numero di gradi di libertà: 17 Valore del χ2 teorico minimo: 10,1 Valore del χ2 teorico massimo: 24,8 Conclusioni: Il valore del χ2 sperimentale è compreso tra i limiti teorici minimo e massimo: non vi sono quindi ragioni per rifiutare l’ipotesi di distribuzione normale.

34

Fig. 4.4.2. Misure assolute di g , IMGC - ItalyPozzuoli (Na) - Accademia Aeronautica Mil., 2003 maggio 12

Grafico di probabilità normale

-3

-2

-1

0

1

2

3

1020 1050 1080 1110 1140 1170 1200 1230

g /m·s-2

varia

bile

sta

ndar

dizz

ata,

z

9,8023...

Dal G.P.N. non si evidenziano fenomeni che facciano pensare a deviazioni rispetto alla distribuzione normale dei dati, a parte una leggera iponormalità nella coda sinistra.

Fig. 4.4.3. Misure assolute di g , IMGC - ItalyPozzuoli (Na) - Accademia Aeronautica Mil, 2003, maggio 12

Deriva delle misure

1000

1050

1100

1150

1200

1250

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

tempo /h

g/m

·s-2

12-mag 13-mag Lineare (12-mag) Lineare (13-mag)

9,8023...

L’effetto di deriva della serie di dati del 12 maggio di 0,3·10-8·h m·s-2, rapportato alla dispersione dei dati (scarto tipo del coefficiente) di 3,2·10-8·h m·s-2 non è significativo al livello di fiducia del 95%. L’effetto di deriva della serie di dati del 13 maggio, di -35,7·10-8·h m·s-2, rapportato alla dispersione dei dati (scarto tipo del coefficiente) di 18,6·10-8·h m·s-2 è quasi significativo al livello di fiducia del 95%. Si può quindi ipotizzare una leggera deriva su quella serie di dati

35

Fig. 4.4.5. Monografia della Stazione dell’Accademia Aeronautica Mil. di Pozzuoli (Na)

36

Tabella 4.4.2. Parametri di input al programma ETGTAB per il calcolo dell’effetto di marea (Accademia Aeronautica Mil. di Pozzuoli)

Ellipsoidal latitude in degree: 40.8180 Ellipsoidal longitude in degree: 14.1417 Ellipsoidal height in meter: 100.000 Gravity in m/s**2: 9.8023 Azimuth in degree clockwise from north: 0.000 Earth tide component (-1...9): 0 Printout of tidal potential (0...2): 0 Initial epoch(YYMMDDHH): 2003 05 12 06 Number of hours: 144 Time interval in secs: 120 Tidal potential (0...3): 2 Tides for a rigid Earth (IRIGID=1): 0 Gravimetric tides for Karslruhe Parameters from average of experiments KAL15601 and KAL24901 Start at 1990.03.29. 11 1 1 MOSO 1.0000 0.0000 2 285 MF 1.1895 0.3866 286 428 Q1 1.1535 -0.1268 429 537 O1 1.1506 0.0064 538 554 P1 1.1466 0.1526 555 739 K1 1.1318 0.1082 740 890 N2 1.1657 1.2746 891 987 M2 1.1723 1.1078 988 1008 S2 1.1751 0.5249 1009 1121 K2 1.1729 0.4772 1122 1214 M3 1.0705 0.0000

37

4.5 ERCOLANO (NA) - OSSERVATORIO VESUVIANO

Il punto di misura è stato eseguito in una stanza della sede storica dell’Osservatorio Vesuviano. (figg. 4.5.4÷.5)

Data: 2003, maggio 14 e 15

Numero di misure: n = 553

Valore medio misurato di g: gmm = 980 132 865,7·10-8 m·s-2

Scarto tipo delle misure: s = 44,5·10-8 m·s-2

Scarto tipo del valore medio: sm = 1,9·10-8 m·s-2

Incertezza tipo: u = 4,0·10-8 m·s-2

Incertezza estesa (livello di fiducia p = 95%, gradi di libertà ν = 113, fattore di copertura k = 1,98): U = 8,0·10-8 m·s-2

Quota del punto di misura rispetto alla superficie del pavimento: Ho = (0,5410±0,0005) m

Altezza media del lancio: h = (0.2170±0,0005) m

Altitudine del sito s.l.m.: H = 609 m

Temperatura media misurata: T = (18,8±0,2) °C

Umidità media misurata: Um = n.a.

Pressione normale: Pn = 942,2 mbar

Pressione media misurata: Pa = (947,0±0,1) mbar

Correzione media di pressione: ∆gP = +1,7·10-8 m·s-2

Valore medio misurato di g (gmc+∆gP): gmc = 980 132 867,4·10-8 m·s-2

Tabella 4.5.1. Calcolo dell’incertezza estesa delle misure (Osservatorio Vesuviano di Ercolano)

Parametri di influenza, x i

Categoria A, s i

Categoria B, a i

Varianza equivalente,

u 2 (x i )

coefficienti di sensibilità, c i

Contributo alla

varianza, u i

2 (y)

Gradi di

libertà, ν i

Gravimetro 3.5E-08 m·s-2 3.5E-08 1.3E-15 1.0E+00 1.3E-15 69Pressione 4.8E+00 mbar 2.4E-09 m·s-2 1.2E-09 4.8E-19 1.0E+00 4.8E-19 15Marea 2.0E-09 m·s-2 1.0E-09 3.3E-19 1.0E+00 3.3E-19 15Polar Motion 1.0E-09 m·s-2 5.0E-10 8.3E-20 1.0E+00 8.3E-20 15Scarto tipo media 1.9E-08 m·s-2 1.9E-08 3.6E-16 1.0E+00 3.6E-16 552

Varianza 1.6E-15Incertezza tipo, u 4.0E-08gradi di libertà effettivi, ν eff 113Livello di fiducia, p 95%Fattore di copertura, k 1.98Incertezza estesa, U 8.0E-08 m·s-2

NoteValore

38

Fig. 4.5.1. Misure assolute di g , IMGC - ItalyErcolano (Na) - Oss. Vesuviano, 2003, maggio 14

Istogramma delle misure

14

0

75 5

11 11

22 22

4144

49 5053

4543

32

26 27

20

15

97

4

0

10

20

30

40

50

60

731

751

771

792

812

832

852

872

892

912

932

952

972

g /m·s-2

frequ

enza

ass

olut

a sp

erim

enta

le e

teor

ica

9,80 132 ...

Nr. Dati: 553 Media: 980 132 867,4·10-8 m·s-2 Scarto tipo: 44,5·10-8 m·s-2 Scarto tipo della media : 1,9·10-8 m·s-2

Test del χ2

χ2 sperimentale: 25,5 livello di fiducia: 80% Numero di classi: 25 Numero di vincoli: 3 Numero di gradi di libertà: 22 Valore del χ2 teorico minimo: 14,0 Valore del χ2 teorico massimo: 30,8 Conclusioni: Il valore del χ2 sperimentale è compreso tra i limiti teorici minimo e massimo: non vi sono quindi ragioni per rifiutare l’ipotesi di distribuzione normale.

39

Fig. 4.5.2. Misure assolute di g , IMGC - ItalyErcolano (Na) - Oss. Vesuviano, 2003 maggio 14

Grafico di probabilità normale

-4

-3

-2

-1

1

2

3

4

700 730 760 790 820 850 880 910 940 970 1000

g /m·s-2

varia

bile

sta

ndar

dizz

ata,

z

9,80 132 ...

Dal G.P.N. non si evidenziano fenomeni che fanno pensare a deviazioni rispetto alla distribuzione normale dei dati, a parte una leggera ipernomalità nella coda destra (coda tronca).

Fig. 4.5.3. Misure assolute di g , IMGC - ItalyErcolano (Na) - Oss. Vesuviano, 2003, maggio 14

Deriva delle misure

700750800850900950

1000

0 1 2 3 4tempo /h

g/m

·s-2

14 maggio mat. 15 maggio matt.15 maggio pom. 14 maggio pom.Lineare (14 maggio mat.) Lineare (15 maggio pom.)Lineare (15 maggio matt.) Lineare (14 maggio pom.)

9,80 132 ...

Gli effetti di deriva delle quattro serie di dati (14 e 15 maggio, mattina e pomeriggio) rispettivamente di (-18,7÷-0,7÷3,8÷36,4)·10-8·h m·s-2, rapportati alla dispersione dei dati (scarto tipo dei coefficienti), rispettivamente di (81,8÷3,1÷3,2÷24,5)·10-8·h m·s-2 non sono significativi al livello di fiducia del 95%.

40

Fig. 4.5.4.1. Cortile interno dell’Osservatorio

Fig. 4.5.4.2. Installazione in situ del gravimetro assoluto IMGC

Fig. 4.5.4.3. Installazione in situ del gravimetro assoluto IMGC

41

Fig. 4.5.5. Monografia della Stazione dell’Osservatorio Vesuviano di Ercolano (Na)

42

Tabella 4.5.2. Parametri di input al programma ETGTAB per il calcolo dell’effetto di marea (Osservatorio Vesuviano di Ercolano)

Ellipsoidal latitude in degree: 40.8270 Ellipsoidal longitude in degree: 14.3978 Ellipsoidal height in meter: 609.000 Gravity in m/s**2: 9.8013 Azimuth in degree clockwise from north: 0.000 Earth tide component (-1...9): 0 Printout of tidal potential (0...2): 0 Initial epoch(YYMMDDHH): 2003 05 14 06 Number of hours: 144 Time interval in secs: 120 Tidal potential (0...3): 2 Tides for a rigid Earth (IRIGID=1): 0 Gravimetric tides for Karslruhe Parameters from average of experiments KAL15601 and KAL24901 Start at 1990.03.29. 11 1 1 MOSO 1.0000 0.0000 2 285 MF 1.1893 0.3744 286 428 Q1 1.1534 -0.1233 429 537 O1 1.1506 0.0085 538 554 P1 1.1465 0.1515 555 739 K1 1.1317 0.1069 740 890 N2 1.1660 1.2484 891 987 M2 1.1724 1.0827 988 1008 S2 1.1750 0.5076 1009 1121 K2 1.1728 0.4607 1122 1214 M3 1.0705 0.0000

43

BIBLIOGRAFIA

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44

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[13] Marson,I., Faller,J.E., Cerutti,G., De Maria,P., "Fourth International Comparison of Absolute Gravimeters", In: Metrologia, 1995, 32, PP. 137-144.

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[15] Cerutti,G., Cannizzo,L., Alii., "Results of the second international comparison of absolute gravimeters in Sevres 1985", In: Bulletin d'information n.59, Bureau gravimétrique internat., 1986: pp. 89/103.

[16] Germak,A., Desogus,S., Origlia,C., “Interferometer for the IMGC rise-and-fall absolute gravimeter", In: Metrologia, Special issue on gravimetry, Bureau Int Poids Mesures, BIPM, Pavillon De Breteuil, F-92312, Sèvres Cedex, France, 2002, Vol. 39, Nr. 5, pp. 471-475.

[17] GUM: “Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement”, BIPM, IEC, ISCC, ISO, IUPAC, IUPAP, OIML, ISO, 1993.

[18] Tamura,Y., “A Harmonic Development Of The Tide-Generating Potential”, In: Bull. d'Inform. Marr. Terr., P.Melchior(ed.), Brussels, N°99, Pp 6813-6855, 1987.

[19] Wenzel,G., “The nanogal software: Earth tide data processing package ETERNA 3.30”, Bulletin d'Information Marées Terrestres, Bruxelles, vol. 124, 9425-9439, Bruxelles 1996.

[20] Wenzel,G. “Earth tide data processing package ETERNA 3.3: The nanogal software”, Proceedings 13th International Symposium on Earth Tides, pp. 487-494, July 22nd - 25th, Bruxelles 1997.

[21] Cannizzo,L., Cerutti,G., "Misura assoluta dell'accelerazione di gravità all'Università di Napoli, Dipartimento di Geofisica e Vulcanologia", Rapporto Tecnico Interno IMGC-CNR, Reparto Dinamometrico, R239, 1986.

[22] Cerutti,G., De Maria,P., "Misure assolute dell'accelerazione di gravità a Cosenza, Ischia, Ercolano", Rapporto Tecnico Interno IMGC-CNR, Reparto Dinamometrico, R385, 1994.

[23] Cannizzo,L., Cerutti,G., "Misura assoluta dell'accelerazione di gravità nella Sede Storica dell'Osservatorio Vesuviano - Ercolano", Rapporto Tecnico Interno IMGC-CNR, Reparto Dinamometrico, R238, 1986.

[24] Cerutti,G., De Maria,P., "Misure assolute dell'accelerazione di gravità a Ercolano", Rapporto Tecnico Interno IMGC-CNR, Reparto Dinamometrico, R433, 1996.

[25] Cerutti,G., De Maria,P., "Misure assolute dell'accelerazione di gravità a Pozzuoli ed Ercolano", Rapporto Tecnico Interno IMGC-CNR, Reparto Dinamometrico, R481, luglio 1998.


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