Figura da Terra

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Representação gráfica das ondulações do Geóide

A expressão figura da Terra tem variados sentidos em geodesia de acordo com o sentido em que for usado e com a precisão com que o tamanho e forma da terra devem ser definidos. A superfície topográfica actual é mais aparente com a sua variedade de formas de terra e áreas de água. Isto é, de facto, a superfície sobre a qual são efectuadas as medições da Terra. Não é prático, de facto, para cálculos matemáticos exactos, pois as fórmulas que seriam necessárias para tomar em conta todas as irregularidades teriam tantas variáveis que necessitariam de uma quantidade proibitiva de cálculos. A superfície topográfica é geralmente um assunto de topógrafos e hidrógrafos.

O conceito pitagórico de uma Terra esférica oferece uma superfície simples matematicamente fácil de lidar. Muitos cálculos astronómicos e de navegação usam esta superfície para representar a Terra. Enquanto que a esfera é uma aproximação próxima da verdadeira figura da Terra e satisfatória para muitas funções, para o geodesista interessado na medição de grandes distâncias — abrangendo continentes e oceanos — é necessária uma figura mais exacta. Aproximações mais precisas vão desde a modelação da forma de toda a Terra como um esferóide achatado ou um elipsóide achatado, até ao uso de harmónicos esféricas ou aproximações locais em termos de elipsóides de referências locais. A ideia de uma superfície planar ou chata para a Terra, mais do que a curvatura, é ainda aceitável para levantamentos de pequenas áreas como topografia local. Levantamentos de tabelas de planos são feitos para áreas relativamente pequenas, não tendo em conta a curvatura da Terra. O levantamento de uma cidade pode ser muito bem calculada como se a Terra fosse um plano do tamanho da cidade. Para áreas tão pequenas, o posicionamento exacto de um ponto pode ser determinado relativamente a outro sem necessidade de se considerar o tamanho ou a forma total da Terra.

Em meados do século XX, pesquisas nas geociências contribuíram para melhoramentos drásticos na precisão da figura da Terra. A utilidade primária (e a motivação para o seu financiamento e desenvolvimento, principalmente dos militares) desta precisão melhorada era fornecer dados geográficos e gravitacionais para os sistemas de navegação inercial dos mísseis balísticos. Este financiamento também permitiu a expansão de disciplinas geocientíficas, permitindo a criação e crescimento dos variados departamentos de geociências em muitas universidades.^[1]

Índice

1 Elipsóide de Revolução
2 Elipsóides históricos da Terra
3 Figuras mais complicadas
4 Geóide
5 Correlação para Geofísica e Geologia
- 5.1 Rotação da Terra e Interior da Terra
6 Campo Gravítico Regional e Global
7 Ver Também
8 Ligações externas
9 Notas e Referências

[editar] Elipsóide de Revolução

Como a Terra é de facto ligeiramente achatada nos pólos e alargada no equador, a figura geométrica usada na geodesia que mais se aproxima da figura da Terra é o elipsóide de revolução. O elipsóide de revolução é uma figura que se pode obter pela rotação de uma elipse pelo sei semi-eixo menor. Um elipsóide de revolução que descreva a figura da Terra é chamado de elipsóide de referência.

Um elipsóide de revolução é definido apenas pela especificação de duas dimensões. Os geodesistas, por convenção, usam o semi-eixo maior e o achatamento. O tamanho é representado pelo raio equatorial — o semi-eixo maior — é designado pela letra $a$ . A forma do elipsóide é dada pelo achatamento $f$ , que indica o quanto o elipsóide se aproxima da forma esférica. A diferença entre o elipsóide de referência representando a Terra e a esfera é muito pequena, apenas uma parte em 300 aproximadamente.

Para um tal achatamento do elipsóide, o raio polar da curvatura é maior que o equatorial.

$\left(\frac{a^2}{b}\right)$ ,

apesar de a superfície da Terra estar mais próxima do seu centro nos pólos do que no equador. Em conversão, a vertical do equador do raio de curvatura é menor que o polar

$\left(\frac{b^2}{a}\right)$ .

Esta circunstância tem servido como base para tentar para determinar o achatamento do elipsóide médio da Terra pelas chamadas medições de graduação.

[editar] Elipsóides históricos da Terra

Nome do elipsóide de referência	Raio Equatorial (m)	Raio Polar (m)	Achatamento inverso	Onde é usado
Everest Modificado (Malasia) Revisto por Kertau	6,377,304.063	6,356,103.038993	300.801699969
Timbalai	6,377,298.56	6,356,097.55	300.801639166
Esferóide Everest	6,377,301.243	6,356,100.228	300.801694993
Maupertuis (1738)	6,397,300	6,363,806.283	191	França
Everest (1830)	6,377,276.345	6,356,075.413	300.801697979	Índia
Airy (1830)	6,377,563.396	6,356,256.909	299.3249646	Grã-Bretanha
Bessel (1841)	6,377,397.155	6,356,078.963	299.1528128	Europa, Japão
Clarke (1866)	6,378,206.4	6,356,583.8	294.9786982	América do Norte
Clarke (1880)	6,378,249.145	6,356,514.870	293.465	França, África
Helmert (1906)	6,378,200	6,356,818.17	298.3
Hayford (1910)	6,378,388	6,356,911.946	297	Estados Unidos
Internacional (1924)	6,378,388	6,356,911.946	297	Europa
NAD 27	6,378,206.4	6,356,583.800	294.978698208	América do Norte
Krassovsky (1940)	6,378,245	6,356,863.019	298.3	Rússia
WGS66 (1966)	6,378,145	6,356,759.769	298.25	EUA/DoD
Australian National (1966)	6,378,160	6,356,774.719	298.25	Austrália
Novo Internacional (1967)	6,378,157.5	6,356,772.2	298.24961539
GRS-67 (1967)	6,378,160	6,356,774.516	298.247167427
SAD-69 (1969)	6,378,160	6,356,774.719	298.25	América do Sul
WGS-72 (1972)	6,378,135	6,356,750.52	298.26	EUA/DoD
Datum 73 Hayford-Gauss Militar IGeoE	6,378,388		297	Portugal (Exército)
GRS-80 (1979)	6,378,137	6,356,752.3141	298.257222101
NAD 83	6,378,137	6,356,752.3	298.257024899	América do Norte
WGS-84 (1984)	6,378,137	6,356,752.3142	298.257223563
IERS (1989)	6,378,136	6,356,751.302	298.257
Funções Gerais	6,378,135	6,356,750	298.25274725275	Global

[editar] Figuras mais complicadas

A hipótese de que o equador da Terra seja uma elipse em vez de um circulo e assim que o elipsóide seja triaxial tem sido uma matéria de controvérsia científica durante muitos anos. Os desenvolvimentos técnicos modernos têm fornecido novos e mais rápidos métodos de recolha de dados e desde o lançamento do primeiro Sputnik soviético, os dados orbitais têm sido usados para investigar a teoria da elipticidade.

Uma segunda teoria, mais complicada que a triaxialidade, proposta que observou longas variações periódicas dos primeiros satélites artificiais da Terra, indicam uma depressão adicional no pólo sul acompanhado de um "inchaço" da mesma magnitude no pólo norte. Também se descobriu que as latitudes médias do hemisfério norte eram ligeiramente achatados e que as latitudes médias do hemisfério sul "inchavam" na mesma razão. Este conceito sugeriu que a Terra tinha ligeiramente a forma de pêra e foi assunto de grande discussão pública. A geodesia moderna tende a manter o elipsóide de revolução e a tratar a triaxialidade e a forma de pêra como parte da figura do geóide: elas são representadas pelos coeficientes harmónicos esféricos $C 22, S 22$ e $C 30$ respectivamente, correspondendo ao grau e números de ordem 2,2 para a triaxialidade e 3,0 para a forma de pêra.

[editar] Geóide

Existe outra superfície envolvida na medição geodésica: o geóide. Num levantamento geodésico, o cálculo das coordenadas geodésicas dos pontos é frequentemente efectuada sobre um elipsóide de referência como uma aproximação do tamanho e forma da Terra na área a ser levantada. As medições actuais feitas na superfície da Terra com instrumentos específicos são no entanto referidos ao geóide. O elipsóide é uma superfície regular matematicamente definida com dimensões específicas. No entanto, o [[geóide] coincide com a superfície onde os oceanos estariam sobre todo o planeta Terra se estivesse livre para ajustar o efeito combinado da atracção de massas (gravidade) e a força centrífuga da rotação da Terra. Como resultado desta distribuição desigual das massas da Terra, a superfície do Geóide é irregular, e como o elipsóide é uma superfície regular, a separação das duas, referidas como ondulação do geóide, alturas do geóide ou separação do geóide, também são irregulares.

O geóide é uma superfície ao longo do qual o potencial da gravidade é em qualquer ponto constante e para o qual a direcção da gravidade é sempre perpendicular. Este último é particularmente importante pois os instrumentos ópticos que contêm os dispositivos de nivelamento são frequentemente usados para fazer medições geodésicas. Quando devidamente ajustadas, o eixo vertical do instrumento coincide com a direcção da gravidade, e assim, perpendicular com o geóide. O ângulo entre o fio-de-prumo que é perpendicular ao geóide (às vezes chamado de "vertical") e a perpendicular ao elipsóide (às vezes chamado de "normal do elipsóide") é definido como desvio da vertical. Tem duas componentes: uma este-oeste e uma norte-sul.

[editar] Correlação para Geofísica e Geologia

[editar] Rotação da Terra e Interior da Terra

A determinação da figura exacta da Terra não é apenas uma operação geodésica ou uma tarefa da geometria, mas também está relacionada com a geofísica. Se não se tiver em conta o interior da Terra, podemos declarar uma "densidade constante" de 5.515g/cm³ e, de acordo com argumentos teóricos (ver Leonhard Euler, A. Wangerin, etc.), um tal corpo a rodar como a Terra teria um achatamento de 1/230.

De facto o achatamento medido é de 1/298.25, o que é mais semelhante a uma esfera e um forte argumento de que o núcleo da Terra é muito compacto. Assim a densidade tem de ser uma função da profundidade, tendo 2.7g/cm³ à superfície (densidade das rochas de granito, arenito, etc. — ver geologia regional) a até cerca de 15g/cm³ no núcleo interno. A sismologia moderna dá um valor de 16g/cm³ (ferro ou hidrogénio) no centro da Terra)

[editar] Campo Gravítico Regional e Global

Outra implicação da exploração física do interior da Terra é o campo gravítico que pode ser medido com grande precisão à superfície e por satélites. A vertical verdadeira não corresponde a um vertical teórico (de facto tem um desvio entre 2" e 50") devido a que a topografia e as massas geológicas estão a perturbar ligeiramente o campo gravítico. Assim, o grosso da estrutura da crosta terrestre e manto pode ser determinada por modelos geodésicos-geofísicos do subsolo.

[editar] Ver Também

[editar] Ligações externas

Notas e Referências

↑ Cloud, John. "Crossing the Olentangy River: The Figure of the Earth and the Military-Industrial-Academic Complex, 1947-1972," Studies in the History and Philosophy of Modern Physics, Vol. 31, No. 3, pp 371-404, 2000.

Guy Bomford, Geodesy, Oxford 1962 and 1880.
Guy Bomford, Determination of the European geoid by means of vertical deflections. Rpt of Comm. 14, IUGG 10th Gen. Ass., Rome 1954.
Karl Ledersteger and Gottfried Gerstbach, Die horizontale Isostasie / Das isostatische Geoid 31. Ordnung. Geowissenschaftliche Mitteilungen Band 5, TU Wien 1975.
Helmut Moritz and Bernhard Hofmann, Physical Geodesy. Springer, Wien & New York 2005.

Categorias: Engenharia cartográfica | Geodesia

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