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Eu sou um grande fã de Albert Einstein. Muitos físicos concordam que suas teorias são a mais pura expressão do gênio na história da humanidade, com todas as aplicações que se seguiram. Neste caso, falamos sobre o Sistema de Posicionamento Global (GPS).

O GPS foi desenvolvido pelo exército dos EUA no meio da Guerra Fria, na década de 60. Ele foi originalmente usado pela marinha para fins de navegação. Em uma versão anterior, um navio pode atualizar os dados sobre a posição apenas uma vez por hora. Nas décadas seguintes,, Estados Unidos continuou a melhorar o sistema ao lançar mais satélites. No 80, a administração Reagan decidiu tornar a tecnologia GPS disponível para fins civis. O impulso para a solução era o avião de passageiros Korean Airlines abatido pela URSS em 1983, acidentalmente voando sobre a União Soviética a caminho do Alasca à Coreia.

O sistema GPS consiste em 24 satélites voando em torno da Terra em órbita alta. Estes satélites viajar a uma velocidade de cerca de 14.500 km por hora e sua órbita é a uma altitude de 19.000 km. (para efeito de comparação, A altitude orbital da Estação Espacial Internacional é de cerca de 400 km). Cada satélite tem um relógio atômico, cuja precisão é de cerca de 1 nanosecondo. Os satélites são distribuídas de tal forma a que a partir de qualquer parte da superfície da Terra, pelo menos quatro deles estão em linha de visão. Um receptor de GPS no chão (ou em um avião em vôo) Ele recebe os dados sobre o tempo e localização destes satélites usando um sinal de radiofrequência 1,575 GHz.

Sem a teoria da relatividade, Albert Einstein não existiria GPS. Idéias como tempos lentos loucos em velocidade mais alta ou dobrar um sujeito chamado quatro dimensões do espaço-tempo contínuo por um objeto massivo são cruciais para o funcionamento do GPS. Em vez de medir com precisão permanente (e para os militares, em polegadas) sem levar em conta as teorias de Einstein, Você iria ser medido apenas em milhas. Mas para uma indicação precisa do caminho que não é suficiente. Dentro de um curto período de tempo, tais erros se acumulam e todo o sistema se tornaria inútil.

O receptor GPS pode calcular a distância a cada satélite a partir do tempo que as ondas de rádio que se propagam à velocidade da luz. Sabendo a distância exata de três satélites codificado dentro do sinal e sua posição, o microprocessador do receptor pode determinar as suas coordenadas por meio de trilateração. A triangulação é uma forma mais complexa de triangulação, que os usos que se cruzam esferas para determinar a localização com base na distância dos outros três pontos do espaço tridimensional. um quarto satélite é necessária para verificar correções de backup e temporárias para um receptor não atômica.

Medir o tempo de viagem das ondas de rádio que se propagam sobre essas distâncias relativamente curtas requer uma precisão extremamente elevada. O GPS requer precisão para dentro de alguns nanossegundos. E isso requer um apelo à teoria especial e geral da relatividade de Einstein. que diz respeito a relatividade especial objetos se movendo em alta velocidade, enquanto a relatividade geral é uma teoria da gravidade.

Einstein publicou sua teoria da relatividade especial em 1905 e mudou para sempre as nossas ideias fundamentais sobre o universo. Ele mostrou que em contraste com Newton e bom senso, a velocidade da luz, e não o tempo ou a distância, É uma constante verdadeiramente universal. Sua teoria afirma que, enquanto a velocidade de um objeto se aproxima da velocidade da luz, tempo fica mais lento em relação ao observador “imóvel” na Terra. Eu destaquei a palavra “imóvel” entre aspas, porque na realidade não há nada Propriedade, e agora estamos nos movendo na Terra, fazendo revoluções em torno do Sol em uma galáxia que gira em um Universo em expansão

De acordo com a teoria da relatividade especial, se seu irmão gêmeo voar em uma nave espacial a uma velocidade próxima à velocidade da luz, seu tempo iria abrandar em relação ao seu. Ele pode voltar depois de uma hora foi apenas uma hora para ele e ver que você 50 anos seus. A diferença de tempo depende inteiramente de quão próximo está a sua velocidade à velocidade da luz. Este efeito é conhecido como a dilatação do tempo e é expressa pela seguinte fórmula de transformação de Lorentz:

pomba

t é o tempo em um sistema de referência inercial (num sistema que se move a uma velocidade constante, tal como um receptor GPS na Terra),
t ‘ É o tempo em outro sistema de referência inercial (por exemplo, um satélite em órbita),
v É a velocidade relativa entre os dois sistemas de referência,
c É a velocidade da luz.

Quando a velocidade relativa é pequena em comparação com a velocidade da luz, A fórmula acima é reduzido para t '= t, ou seja, a ausência de dilatação temporal. Este é o nosso mundo cotidiano. Mas quando a sua velocidade se aproxima da velocidade da luz, infinito (que é, tempo fica mais lento ou até mesmo pára na velocidade da luz). Para satélites GPS que se movem a uma velocidade de 14.500 km all'ora, o tempo flui ao redor 7000 nanossegundos por dia mais lento do que o tempo do receptor na Terra.

A razão pela qual a teoria da relatividade especial foi definido especial é que esta teoria tem tido um limite, executando apenas em um caso especial quando a aceleração é zero. As equações da teoria especial da relatividade de Einstein são válidas somente quando o objeto se move a uma velocidade constante em uma linha reta em tal maneira a que não há aceleração.

Einstein, afinal, Ele percebeu que a aceleração e gravidade são equivalentes (o chamado princípio da equivalência). em 1915, depois de quase dez anos de luta com a matemática por trás de sua nova teoria, Ele publicou sua obra-prima, Relatividade geral. A base matemática da teoria geral da relatividade, conhecido como análise tensor, é muitas vezes mais complicado do que é necessário para a teoria da relatividade especial. Depois de mais de 200 anos de dominação, teoria da gravidade de Newton foi derrubado por nova teoria da gravidade de Einstein.

A teoria geral de relatividade mostrou que a gravidade de massa distorce o tecido de espaço-tempo contínuo. a gravidade, bem como a velocidade na teoria especial da relatividade, É por causa da dilatação do tempo. No caso do GPS, satélites no espaço submetidos a uma densidade ligeiramente mais baixa do que um receptor em terra. Devido a esta diferença de gravidade, o tempo para fluir um satélite 45.000 nanossegundos por dia mais rápido do que um receptor terrestre.

A teoria da relatividade especial diz que para satélites em movimento rápido, tempo desacelera, enquanto a teoria da relatividade geral prevê que para satélites, tempo corre mais rápido, porque eles têm menos gravidade. A combinação destas ligações de efeitos para o facto de que para os satélites em relação ao receptor terrestre, o tempo passa mais rápido 38.000 (45.000 – 7.000) nanossegundos por dia. As ondas de rádio de satélites viajar a uma velocidade de cerca de 30 cm por nanosecondo. Isto significa que, sem os efeitos relativísticos, a distância de cada satélite será distorcida por cerca de 11,5 Km por dia!

Independentemente de saber se o sistema mostra uma direção para um restaurante, permite aos pilotos identificar sua localização em qualquer lugar no mundo ou ajudar a encontrar um animal de estimação extraviado, GPS afeta muitos aspectos da vida de cada um de nós. Basta lembrar que se há cem anos atrás não existia uma pessoa que apaixonadamente queria saber a natureza, tudo seria impossível. "Eu não tenho talentos especiais. Só estou curioso insanamente “, Albert Einstein disse uma vez.

Com isso eu tentei fazer um tópico compreensível que sempre foi a sua aura de mistério. Eu certamente não explicar tudo nos aspectos individuais, que está realmente envolvido entrará em que, para os outros vão dizer que eles sabem algo sobre isso, Eles nunca tiveram o desejo de aprofundar. 😉

Greetings Amilcare