Sismógrafo: qué es, partes, función, tipos y más

Un sismógrafo es un instrumento de gran utilidad que emplean los científicos y estudios en materia de sismología, sirve para medir y registrar movimientos sísmicos producidos por la fricción de las placas tectónicas de la tierra.

¿Qué es un sismógrafo?

El sismógrafo o también conocido como sismómetro, es una herramienta que se utiliza para calcular la intensidad de los sismos, temblores o terremotos que son producidos por desplazamientos de las placas tectónicas o litósferas.

En este aparato conocido como sismógrafo, se registran las magnitudes de las distintas oscilaciones de los temblores que se producen en la tierra, estas oscilaciones que sufre la tierra a causa de movimientos pueden producirse tanto en sentido vertical como horizontal.

El vocablo sismógrafo, proviene de la palabra griega “seísmos” que significa “terremoto” y del verbo “graphein” que quiere decir grabar. Lo que da origen al concepto de sismógrafo que graba los movimientos de la tierra.

El sismógrafo o sismómetro, fue inventado en el año 1842 por el físico de origen escocés de nombre James David Forbes (Edimburgo, 20 de abril de 1809 – Clifton, 31 de diciembre de 1868).

Fue un distinguido y brillante investigador, que realizó grandes estudios relacionados con el calor y los glaciales, y entre los más destacados se encuentra la invención del sismógrafo, que es un artefacto de gran apoyo para registrar y medir sismos, temblores pequeños y terremotos en cualquier categoría, que son provocados por los desplazamientos de las placas tectónicas.

En la historia de este útil instrumento, dio sus primeros pasos como un péndulo cuya masa continuaba inmóvil y sin actividad, aunque todo lo que lo rodeaba estaba en movimiento, el péndulo poseía una punta como una aguja que escribía sobre un rodillo de papel, a donde se plasmaba el tiempo, lo que se traduce en que cuando se iniciaba una vibración se registraban los desplazamientos en el papel, ofreciendo una representación  como el conocido sismógrafo.

En el transcurrir de los tiempos estos péndulos, se fueron transformando y mejorando. Los sismógrafos, igualmente son utilizados para detectar explosiones a nivel de pruebas nucleares, que al investigar las ondas sísmicas, los geólogos elaboran mapas en el centro de la tierra. (Ver Artículo: Consecuencias de los sismos)

Imágenes

Un sismógrafo es un equipo utilizado para medir los movimientos de la tierra, que se fundamenta en el principio de la pasividad de los cuerpos, este principio conceptualiza que todos los cuerpos poseen una firmeza, ante los movimientos que hacen variar su velocidad. A continuación, les mostramos imágenes de sismógrafos.

Partes de un Sismógrafo

Un sismógrafo es un aparato muy interesante, y está compuesto por distintas partes que la hacen una útil máquina, a continuación se describen las mismas:

• Un soporte
• Hilo fino
• Cuerpo de elevada inercia
• Aguja que contenga tinta
• Tambor con papel
• Zona de movimiento
• Base fija al terreno

El sismógrafo dentro de las partes que lo componen, cuenta con la base que se fija al terreno, mediante un soporte riguroso, que engancha y cuelga el hijo fino a una gran masa, que tiene el objetivo de inercia, por lo que queda inmóvil totalmente, de manera fija, mientras que la base se estremece al ritmo de las ondas.  (Ver Artículo: La falla de San Andrés)

La punta que tiene la característica de ser muy delicada y fina, hace las veces de una pluma con suficiente tinta, que va dibujando en el papel del tambor giratorio, cada trazo que hacen las oscilaciones del suelo al compás de la base con la pluma.

A medida que trascurre el tiempo, y con la llegada de la época moderna los sismógrafos se han vuelto equipos profesionales, muy sofisticados que de igual manera tienen la misión de registrar movimientos sísmicos, temblores o terremotos.

Los sismógrafos en actualidad son electrónicos, tienen un sensor denominado geofónos que construyen un mapa interior de la tierra. Igualmente, poseen un sensor que es conocido como hidrófono que tiene como objetivo investigar la expansión de las ondas en el agua, por lo que es útil para analizar los maremotos que provocan los tsunamis. Al igual que tiene un dispositivo que permite detectar sismos tan mínimos, que los seres humanos no pueden sentir.

¿Cómo funciona un Sismógrafo?

Un sismógrafo o sismómetro, es un mecanismo que se emplea para medir sismos, pequeños temblores o terremotos cualquiera sea su magnitud. Estos aparatos conocidos como sismógrafos, están diseñados para registrar y detectar vibraciones de la tierra por muy leves que sean.

Entonces, el sismógrafo actualmente se fundamenta en el uso de una masa de prueba mínima, que está suspendida y atada a fuerzas eléctricas, y cuando la tierra sufre movimientos producidos por las placas tectónicas, la energía eléctrica intenta de mantener la masa fija. (Ver Artículo: Soñar con Tsunamis)

Cuando ocurre este hecho, la masa intentará movilizarse con mayor o menor fuerza, de acuerdo a la magnitud del terremoto o el desplazamiento, con lo cual se hace necesaria la misma cantidad de fuerza para preservarse inmóvil en el lugar colocado, entonces la energía se va almacenando.

Luego, los expertos en la materia aplican las formas científicas correspondientes para registrar y conocer la magnitud de un sismo o terremoto con este aparato, como viene a ser la medición de la tensión de salida de la energía que causa que la masa se mantenga de una manera inmóvil y es proporcional a la aceleración del planeta tierra.

Entonces de acuerdo a sus características, el sismógrafo da a conocer los aspectos relacionados al evento sismólogico desde el lugar donde ocurrió el fenómeno natural hasta el epicentro. Los desplazamientos del evento natural, quedan plasmados sobre el papel enrollado que está en el cilindro o tambor giratorio, que son trazados por la aguja o punzón.

Existen aparatos cuya línea queda dibujada por la luz de un rayo muy delgado, que queda sobre el papel fotosensible. En el caso que hayan vibraciones, la línea se dibuja de forma recta; mientras que los temblores pequeños provocan suaves oscilaciones, pero los grandes desplazamientos generan visibles trazos con movimientos hacia arriba y hacia abajo al mismo tiempo.

Los científicos pueden conocer en qué lugar exacto y magnitud se originó el terremoto, cuando se registran oscilaciones sísmicas de acuerdo a la intensidad, comparan la extensión de las ondas y el tiempo que duraron en alcanzar distintas zonas.

Los sismógrafos son eficaces y muy útiles para los científicos e investigadores de los sismos, porque los apoya en descubrir y advertir a los habitantes que se encuentran en determinadas zonas sensibles a sismos, o grandes terremotos. Igualmente, pueden obtener toda la información relacionada en materia de desplazamientos fuertes provocados por las placas tectónicas. Lo que ayuda sobretodo en evitar pérdidas de vidas humanas.

El primer sismógrafo

En sus primeros pasos del nacimiento del sismógrafo, se trataba de un péndulo que por su masa se mantenía sin movimiento por inercia, sin embargo, todo lo que estaba cerca se desplazaba de un lado a otro. Este péndulo poseía una punta que escribía sobre el rodillo de papel de acuerdo al diseño del aparato en esa época, de forma que cuando se iniciaba el proceso de vibración quedaba registrado el movimiento en el papel, marcando gráficamente en el llamado sismograma.

Al ocurrir un fenómeno natural como un terremoto, los sismógrafos que se ubicaban próximos al epicentro, tenían la capacidad de registrar tanto las ondas S y las P, pero en otro lado de la tierra, únicamente se podían registrar las ondas P.

El primer instrumento conocido como sismógrafo, fue elaborado en China, por el famoso y conocido Zhang Heng, aproximadamente en el año 130 D.C, quien lo denominó “detector de terremotos”. El inventor de este artefacto, sorprendió con su invento a la corte imperial.

En esos tiempos, este instrumento era una vasija elaborada en bronce, que poseía seis esferas haciendo equilibro en las bocas de seis dragones que estaban colocados alrededor de la vasija. En el caso en que una de las esferas que estaban dentro de la boca de los dragones se deprendiera, terminaba sobre el interior de las ranas que también formaban parte del diseño del sismógrafo, y significaba que había ocurrido una onda sísmica.

El sismógrafo chino

No solamente el sismógrafo chino se trató como el primer sismógrafo inventado en la historia de estos útiles equipos, sino que viene a ser el aparato que marcó la pauta en sus orígenes, fue diseñado y creado por el famoso Zhang Heng, quien lo bautizó con el nombre de “Houfeng didong yi” que traducido significa “instrumento para interrogar al viento por el temblor de la tierra”.

Este instrumento que asombró por su utilidad a muchos, tenía la forma de un jarrón que en su diseño constaba de una enorme y precisa copa de cobre, con unas medidas aproximadas de dos 2 metros y medio de diámetro, y que su estructura estaba rodeada con ocho cabezas de dragones en material de bronce.

Estas figuras estaban colocadas según los puntos cardinales: Norte, Sur, Este, Oeste, Noreste, Noroeste, Suroeste, Sureste, y que posaban su miranda hacia el suelo, y en su boca aguantaban una esfera pequeña de bronce.

Cuando ocurría algún sismo, temblor o terremoto producido en la tierra, alguna de las esferas de bronce de forma instantánea se desajustaba y rodaba con dirección a la boca de algunos de los batracios.

El jarrón de cobre, haciendo las veces de una maquina se aprovechaba como amplificador de las vibraciones generadas, y en el interior de la vasija contenía un péndulo que tenia como función accionar el proceso, que lograba soltar la esfera que estaba aguantada por el dragón que estaba ubicado en la posición más cercana al nacimiento del seísmo. (Ver Artículo: Tipos de Sismos)

Según la ubicación del batracio en donde cayera la esfera, se podía conocer la dirección de donde se producía el temblor.

La creencia que se tenía de esta maquina, sorprendía por la exactitud de la inventiva metálica, poseía la competencia de detectar y ubicar específicamente los temblores provocados a varios cientos de kilómetros de la zona de su instalación, aunque una persona estuviera muy cercana al sismógrafo no tenia la sensibilidad de percibir el movimiento, pero esta maquina especial podía detectarlo.

https://youtu.be/85s_5tu95TY

Cuentan que en una oportunidad, una de las esferas se desprendió de su lugar, sin arrojar resultados de un terremoto no perceptible, pero, sorprendentemente a los días, arribó un comisionado informando que había ocurrido un terremoto en Kasu, a unos 600 kilómetros de la corte, y estaba en la dirección que registraba el artefacto.

La invención original de Zhang Heng, en la actualidad no existe, muy a pesar de que han tratado de elaborar diseños en incontables reproducciones, pero en su gran mayoría tiene efectos decorativos, es bueno mencionar que durante el año 2005 se reunió un grupo de profesionales entre sismólogos, arqueólogos e ingenieros chinos, para la reconstrucción y funcionamiento del “didong yi”, que se refiere a un instrumento para medir vientos estacionales y movimientos de tierra.

Sismógrafo vertical

Es una clase de sismógrafo, que es utilizado y trabaja con el objetivo de inercia de los cuerpos, posee una masa que está colgada de una forma que cuando las oscilaciones sísmicas chocan con esta, únicamente el componente del movimiento vertical del suelo se apartará del reposo en que se encuentra la masa, logrando que el sismógrafo o sismómetro, arroje señales de que está pasando por una etapa de amplificación y después lo registre en el sismograma.

En el sismógrafo vertical, considerando que el movimiento del suelo posee tres dimensiones en el espacio, entonces los movimientos de la tierra igualmente tienen dos componentes horizontales. Para calcular este desplazamiento son necesarios péndulos horizontales que fluctúan como una puerta batiente, aunque con el diámetro suavemente diagonal, para alcanzar un punto estable.

En esta clase de sismógrafo conocido como vertical, el mecanismo se basa por lo general en una masa aguantada de un resorte que está adosado a un soporte de la superficie terrestre, y cuando este soporte se zarandea mediante las ondas sísmicas, la quietud de la masa permite que esta, se mantenga en reposo en el mismo lugar tan sólo por algunos intervalos.

Luego, cuando la masa se aparta del reposo, puede que comience a oscilar. La oscilación producida en el péndulo, no necesariamente reporta los auténticos movimientos del suelo, por lo que se requiere que se amortigüe. Para conseguir la amortiguación de este aparato se debe colocar una lámina que se sumerge dentro de un líquido, que generalmente es aceite.

Esta técnica se utilizaba en aparatos antiquísimos, en la actualidad se alcanza por medio de instalación de bobinas o también por imanes que realizan las fuerzas de amortiguador entre la movilidad independiente de la masa.

Entonces es cuando se engancha un lápiz a la masa que está colgando, para que logre plasmar en un papel que se encuentra en el cilindro que rota en velocidad permanente. Este aparato sismógrafo vertical, tiene la finalidad de detectar los componentes verticales que producen los movimientos del suelo.

En el sismógrafo vertical la masa se coloca fija al suelo, con un base rígida que contiene una varilla, solamente la masa se introduce en un soporte de manera horizontal, no puede ser colgando.

Sismógrafo horizontal

El sismógrafo horizontal es utilizado para sondear y controlar las oscilaciones horizontales que vienen de la tierra cuando se genera un sismo. Se trata de un soporte que se asegura en el suelo, y que mediante una base rigurosa se engancha un hilo fino o delgado a una masa grande, esta masa por la inercia y con el desplazamiento horizontal de la base y la elasticidad del hilo no se moviliza.

Esto  hace que permanezca estacionada, mientras la base se sacude al compás de los movimientos horizontales. Verticalmente, la inflexibilidad del hilo, soporta todo y lo mantiene en un solo conjunto.

Posee un extremo fino, haciendo las veces de un lápiz que contiene suficiente tinta y que va plasmando en el papel colocado en un tambor que gira, las líneas semejantes al movimiento de la base, con relación al lápiz, es decir a la amplitud de los movimientos que se producen en el suelo.

En esta clase de sismógrafo horizontal, es muy importante y necesario el amortiguador, para impedir que el sistema siendo elástico oscile permanentemente en su continuidad natural, una vez que su equilibrio haya sido interrumpido.

Los equipos como sismógrafos profesionales, son instrumentos muy perceptivos, que pueden captar y registrar movimientos horizontales en cualquier dirección que se dirija la onda y no solamente en una dirección.

El sismógrafo horizontal se coloca fijo al suelo, y desde esta ubicación se instala un soporte rígido que contiene un varilla desde donde va a guindar un hilo con una masa que cuelgue. La masa es la que accede el registro de la inercia.

Sismógrafo electromagnético

En los tiempos modernos, existen sismógrafos conocidos como electromagnéticos, que tienen la capacidad de detectar los movimientos de la tierra o de la masa electrónicamente, y lo guardan de forma digital en una cinta que contiene el aparato así como otros elementos de registro digitales.

Los deslizamientos de la masa, provocan electricidad al movilizar una bobina dentro de un campo magnético de un imán. Cuando se produce el movimiento de la tierra, de inmediato se origina una corriente en la bobina cuya velocidad es proporcional a la velocidad que tienen las oscilaciones del suelo.

Estos instrumentos conocidos como sismógrafos electromagnéticos, son empleados desde 1950. Poseen un galvanómetro que funciona como amplificador de las ondas, que incurren con un haz de luminosidad encima de un espejo que atado al hilo del galvanómetro padecerá de una desviación, que se escribe en un papel de tipo fotográfico, arrojando los movimientos del sismómetro.

También se conoce como sismógrafo electromagnético, el aperiódico de Galitzin que es un mecanismo horizontal cuyo registro es electromagnético. Este aparato está formado por una armadura metálica, que está soportada por tres tornillos de nivel, en sus laterales tiene sistemas con imanes, que cumplen la función de amortiguar y otros elementos de registro galvanométrico.

Sismógrafo de banda ancha

Los sismógrafos modernos, conocidos como banda ancha, lalamados así por su capacidad de registrar ampliamente un rango de frecuencia, se basan en una masa de prueba, limitada por fuerzas eléctricas, y es manejada mediante procesos electrónicos sofisticados.

En el momento en que la tierra produce movimientos, este aparato electrónicamente intenta de que la masa se mantenga fija mediante la retroalimentación de los circuitos con que está construido.

Cualquiera que sea la fuerza de los movimientos es registrada en estos equipos. El egreso de los acelerómetros es una tensión que se produce en proporción a la aceleración del suelo.

Por lo general, los sensores sísmicos en la actualidad, emplean sistemas de energía de retroalimentación o también llamados sistemas de fuerza balanceada. Estos sistemas, se fundamentan en circuitos de retroalimentación negativo, que tienen la finalidad de proveer una energía proporcional al momento en que se mueve la masa inercial y que tiene como fin paralizar el desplazamiento relativo.

Una de sus partes que es un transductor eléctrico, transforma la oscilación de la masa en una señal eléctrica, con la que se estima la fuerza de retroalimentación que ejecutó para cancelar el desplazamiento.

La cantidad de energía que se debe realizar para cancelar el movimiento del péndulo, responde a la velocidad del suelo. Este sistema admite que la banda se expanda y con ella la linealidad de los sismógrafos, debido a que no accede a enormes oscilaciones de la masa para que retuerzan los resortes o los niveles.

La indicación de salida de estos procesos, tienen un gran rango activo, porque los traductores electromagnéticos poseen una extensa categoría dinámica.

También puede ser electrónico

Entre tantos tipos de sismógrafos que se han desarrollado y construido, se cuenta con el conocido electrónico, que es una clase de aparato con gran utilidad para los profesionales e investigadores en el área de geología, prestando un enorme apoyo en actividades de riesgos sismológicos.

Este instrumento conocido como sismógrafo electrónico, se controla mediante una programación de lenguaje “C++”, que es básicamente una herramienta de códigos abiertos, que permite programarle instrucciones que se requieren para ejecutar el micro controlador y así el funcionamiento del sismógrafo, con lo que alcanza la impresión de las señales recibidas de las vibraciones que transmite el sensor conocido como piezoeléctrico.

Este sismógrafo puede ser manipulado con gran facilidad, de manera que con solo seguir las instrucciones se consigue obtener óptimos resultados.

Este aparato se fundamenta en almacenar las vibraciones, golpes u oscilaciones que percibe el sensor piezoeléctrico, que envía señales eléctricas de forma permanente, y que éste a través de su programación produce señales indicando a dónde se registran las frecuencias altas y bajas que han sido percibidas.

Sismógrafo de péndulo

Existe el conocido sismógrafo de péndulo, en este se coloca excéntricamente una masa de porción pequeña en toda la extensión de un alambre que se somete a tensión.

En el año 1856, un conocido italiano llamado Luigi Palmieri, elaboró un sismógrafo para la época considerado moderno, que tenía el objetivo de pronosticar erupciones volcánicas del Vesubio.

Su invención se trataba de un péndulo con tubos que adentro estaban llenos de mercurio y cuando se generaba un sismo o temblor, de inmediato reaccionaba por el contacto que se producía con los cables de platino, y giraban unas correas que procedían a registrar las oscilaciones producto del movimiento sísmico.

El objetivo principal de un sismógrafo se fundamenta en el movimiento de un péndulo. El péndulo simple ya viene a formar un sismógrafo, por supuesto no es eficiente, desde los tiempos legendarios se ha empleado el péndulo invertido, que con su masa se equilibra en un punto y permanece en posición mediante muelles horizontales.

¿Cómo hacer un sismógrafo casero?

Hemos descrito que un sismógrafo es una herramienta útil que emplean en estudios de la materia los científicos conocidos como sismólogos, y que tiene el objetivo de registrar la energía e intensidad de los distintos tipos de sismos.

Para elaborar un sismógrafo casero, se requieren algunos productos sencillos y fáciles de obtener, tales como:

• Una caja de zapatos con tapa
• Un artículo pesado para aguantar la caja
• Lápiz con goma
• Clavos, arandelas
• Plastilina
• Cinta adhesiva
• 2 clips
• Tijeras
• 2 hojas de papel

Se procede a abrir un mínimo orificio en el centro y otro en los extremos de la tapa de la caja, se coloca la caja abierta de forma que quede parada, encima de uno de los lados, dentro de la caja se introduce un objeto que sea pesado para sostenerla.

Se coloca la tapa de la caja encima de la parte superior, en forma de “T”. Al mismo tiempo, se coloca el contrapeso cerca de la punta del lápiz y se amarra para evitar que se desprenda. Colocar una cinta pequeña elaborada en plastilina entre la punta del lápiz y el contrapeso, evitando que se deslice.

El contrapeso debe estar aguantando lo suficientemente el lápiz, de manera que pueda registrar las oscilaciones del sismógrafo, y tenga un buen contacto con el papel para que al moverse dibuje con precisión las líneas.

Se debe estirar uno de los extremo con uno de los clips que se sujetará en la goma del lápiz, se enlaza el cordel al extremo enroscado del clip. Se introduce el otro extremo del cordel por el orificio de la tapa de la caja y luego se amarra al segundo clip.

Se procede a recortar cada hoja de papel horizontalmente en cintas, estas cintas funcionarán como si fueran un rollo de papel y registrarán los desplazamientos del terremoto. Finalmente, se coloca una cinta de papel al lado de la caja por debajo del orificio de la tapa, y se debe mover suavemente, para observar cómo se plasma la línea en función del movimiento que producen las cintas de papel.