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 トップページテクの雑学 > 第75回 地面の揺れを記録する −地震計の仕組み−
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地面の揺れを記録する −地震計の仕組み−

地震計の原理
 地震計は地震の揺れを測定する装置です。とはいっても地面の上においた地震計は、地震がくると地面と一緒に動きます。そのままでは地面の動き(変位)は記録できないので、「慣性の法則」を利用します。

 振り子の上端を持った手を左右に速く振ると、慣性の法則によって、振り子の玉は静止したままでいようとします。振り子の玉にペンを結び付けておき、下に一定の速さで送られるロール紙を置いておくと、通常時は直線が描かれるだけですが、地震がくると、振り子を固定した支柱と紙は動きますが、振り子の玉についたペンは静止しようとします。結果、ロール紙には、地震の振動とは逆向きの軌跡が描かれます。これが、地震計の原理です。


 装置が1つだけでは、紙の動きと平行な揺れはうまく観測できないので、実際には上下・南北・東西の3成分で揺れを観測します。記録も、昔の地震計はロール紙を使っていましたが、最近のものはコイルと磁石を使って電気的な信号を記録するようになっています。


 さて、地震計に使う振り子はどんなものでもいいわけではありません。「揺らした時に振り子の玉が動かない」ためには、振り子の持つ固有周期(自然に振り子を振らせたときに長さによって決まる周期)が振動の周期よりも十分に長くなくてはいけません。逆にいえば、固有周期の長さを調整することで、さまざまな種類の地震波を測定することができるのです。例えば、微小地震を観測する高感度地震計では固有周期1秒程度、幅広い帯域の振動を観測する広帯域地震計では固有周期数十秒の振り子が使われています。

 また、固有周期よりも長い周期の振動に対しては、振り子の玉は静止することができず、地面と一緒に動くことになります。この時、記録紙には、振動の距離ではなく、振動の加速度が記録されます。この性質を利用したのが、「加速度計」と呼ばれる地震計です。「力=質量×加速度」という公式の通り、加速度が大きいということはそれによって生じる力も大きくなります。地震被害の大きさは加速度の大きさに左右されるのですから、加速度計による測定も重要です。「震度計」で測定しているのは加速度です。

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