EL GPS Y LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD
En Tipper y Mosca (2010) se enuncian los dos principios de la relatividad especial de la siguiente forma.
El primero de los enunciados se refiere a los movimientos que se realizan en sistemas de referencia inerciales, es decir que son uniformes y se realizan con velocidad constante y que por lo tanto cumplen el principio de inercia. Esta condición es esencial en su formulación, al respecto, se concluye que en estos casos se observarán las mismas leyes físicas.
En el caso del segundo postulado, para cualquier observador que se encuentre en un sistema de referencia inercial, la velocidad de la luz tiene el mismo valor. En este caso la fuente puede estar en movimiento o en reposo de modo que ni una ni otra condición altera la velocidad de la luz.
Como consecuencias directas de los postulados Cuadra (2012) refiere algunas ideas:
Estos postulados han permitido muchas aplicaciones particularmente en el estudio del universo con algunos objetos misteriosos (predijo la existencia de los hoyos negros) y otras más cercanas a la realidad que vivimos, el ejemplo más claro: el GPS (Global Positioning System), en este sistema formado por 24 satélites en órbita y el correspondiente emisor en tierra. En estos casos tanto el planeta como cada uno de los satélites se consideran sistemas de referencia inercial.
Los satélites GPS que orbitan a aproximadamente 14000 m/s al viajar a una velocidad tan grande el tiempo para el satélite transcurre más despacio respecto a la tierra (retrasa el reloj), pero ello se ve compensado en parte por la distancia entre el satélite y la superficie terrestre, donde el efecto de la gravedad es menor por lo que acelera el valor del tiempo, respecto a la tierra (adelanta el reloj). La diferencia entre ambos valores para el tiempo (debidas y explicadas por la relatividad) resulta siendo más rápida para los satélites que para los seres humanos en términos de millonésimas de segundo y es tenida en cuenta por los relojes a bordo de los satélites, que ajustan sus datos de acuerdo a la teoría de la relatividad, por cuanto una diferencia de un microsegundo equivale a una diferencia de 300m en la superficie terrestre (Huerta, Galles, Greco y Mangiaterra, s.f., p. 12).
Según refiere Cuadra (2012) los relojes de los satélites se retrasan en total unos 7 microsegundos cada día por el efecto de su velocidad y se adelantan unos 45 microsegundos cada día por acción de la gravedad con un adelanto neto de 38 microsegundos diarios. Esta diferencia se ve compensada por las correcciones del Operacional Control System (OCS) integrado por diez estaciones terrestres, tales valores son recibidos por los usuarios desde el satélite. (Huerta et all, s.f. p.3). Los pequeños errores que alcanzan a subsistir en las mediciones de los GPS se deben a interferencias atmosféricas y no ya a la distorsión del tiempo.
En Tipper y Mosca (2010) se enuncian los dos principios de la relatividad especial de la siguiente forma.
- Primer postulado: Es imposible diseñan un experimento que establezca si
uno se halla en reposo o en movimiento uniforme.
- Segundo postulado: la velocidad de la luz es independiente de la
velocidad de la fuente emisora.
El primero de los enunciados se refiere a los movimientos que se realizan en sistemas de referencia inerciales, es decir que son uniformes y se realizan con velocidad constante y que por lo tanto cumplen el principio de inercia. Esta condición es esencial en su formulación, al respecto, se concluye que en estos casos se observarán las mismas leyes físicas.
En el caso del segundo postulado, para cualquier observador que se encuentre en un sistema de referencia inercial, la velocidad de la luz tiene el mismo valor. En este caso la fuente puede estar en movimiento o en reposo de modo que ni una ni otra condición altera la velocidad de la luz.
Como consecuencias directas de los postulados Cuadra (2012) refiere algunas ideas:
- El tiempo es una dimensión más.
- El tiempo y el espacio no pueden existir separadamente; están
indisolublemente unidos en el “tejido espacio-tiempo”.
- El tiempo, el espacio y la masa no son absolutos, sino que dependen de
las condiciones del observador que los mida.
- Son afectados por la velocidad y por los campos gravitacionales; estos
últimos son causados por la presencia de la materia.
- La simultaneidad no es absoluta, sino relativa. Dos eventos pueden
ocurrir simultáneamente para un observador y en momentos diferentes para otro,
estando ambos en lo cierto.
- La materia y la energía son equivalentes. La una se puede transformar en
la otra. La materia contiene una cantidad enorme de energía.
- La gravedad no es una fuerza sino una configuración geométrica del tejido
espacio-tiempo.
- Nada material puede viajar a una velocidad mayor que la de la luz. Dicha
velocidad es la misma para cualquier observador, sin importar su estado de
movimiento.
Estos postulados han permitido muchas aplicaciones particularmente en el estudio del universo con algunos objetos misteriosos (predijo la existencia de los hoyos negros) y otras más cercanas a la realidad que vivimos, el ejemplo más claro: el GPS (Global Positioning System), en este sistema formado por 24 satélites en órbita y el correspondiente emisor en tierra. En estos casos tanto el planeta como cada uno de los satélites se consideran sistemas de referencia inercial.
Los satélites GPS que orbitan a aproximadamente 14000 m/s al viajar a una velocidad tan grande el tiempo para el satélite transcurre más despacio respecto a la tierra (retrasa el reloj), pero ello se ve compensado en parte por la distancia entre el satélite y la superficie terrestre, donde el efecto de la gravedad es menor por lo que acelera el valor del tiempo, respecto a la tierra (adelanta el reloj). La diferencia entre ambos valores para el tiempo (debidas y explicadas por la relatividad) resulta siendo más rápida para los satélites que para los seres humanos en términos de millonésimas de segundo y es tenida en cuenta por los relojes a bordo de los satélites, que ajustan sus datos de acuerdo a la teoría de la relatividad, por cuanto una diferencia de un microsegundo equivale a una diferencia de 300m en la superficie terrestre (Huerta, Galles, Greco y Mangiaterra, s.f., p. 12).
Según refiere Cuadra (2012) los relojes de los satélites se retrasan en total unos 7 microsegundos cada día por el efecto de su velocidad y se adelantan unos 45 microsegundos cada día por acción de la gravedad con un adelanto neto de 38 microsegundos diarios. Esta diferencia se ve compensada por las correcciones del Operacional Control System (OCS) integrado por diez estaciones terrestres, tales valores son recibidos por los usuarios desde el satélite. (Huerta et all, s.f. p.3). Los pequeños errores que alcanzan a subsistir en las mediciones de los GPS se deben a interferencias atmosféricas y no ya a la distorsión del tiempo.