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Einstein y el GPS

Los instrumentos de los satélites ajustan automáticamente sus cálculos a los fenómenos de la teoría de la relatividad

  • Fecha de publicación: 23 de diciembre de 2005

En 2005 se ha cumplido el centenario de la publicación de los artículos en los que el genio alemán Albert Einstein definió la teoría de la relatividad. Pero, ¿afecta esto a nuestra vida diaria? Si utiliza un GPS en su automóvil, la respuesta es: sí.

El GPS consiste en una red de 24 satélites situados en una órbita a 20.000 kilómetros de distancia de la tierra. El receptor GPS de nuestro automóvil se pone en contacto con cuatro de esos satélites. Tres de ellos, por un sencillo cálculo geométrico de triangulación con las señales recibidas, calculan nuestra posición.

Las señales que se envían y reciben para este cálculo viajan a la velocidad de la luz. Aún así tienen una mínima demora que también hay que calcular para que el resultado sea exacto. Este es el papel del cuarto satélite: ajustar con exactitud la hora del reloj de nuestro GPS. Para ello, los satélites se valen de un reloj atómico extremadamente exacto que llevan con ellos, un reloj que se atrasa una milésima de segundo cada 100.000 años.

Aparentemente ya está todo resuelto. Con la triangulación de las tres señales y la sincronización entre el reloj atómico del satélite y el de nuestro GPS el sistema debería hallar nuestra posición exacta. Pero no es así. El cálculo fallaría por muchos kilómetros. ¿Por qué?

Teoría de la relatividad

Es aquí donde entra en juego la teoría de la relatividad de Einstein. Sin ella, el GPS sería inviable.

Esta teoría afirma que el tiempo transcurre más lentamente cuanto mayor es la velocidad a la que nos desplacemos. El fenómeno no es apreciable en la tierra, con los medios de transporte actuales, pero sí lo sería a velocidades próximas a las de la luz.

Es famoso el ejemplo del astronauta que, tras viajar al centro de nuestra galaxia en una nave a velocidades fantásticas y regresar a la tierra habrían transcurrido para él 60 años, mientras que para los habitantes del planeta habrían pasado 4 millones de años.

Una segunda conclusión de la teoría de la relatividad es que a menor atracción del campo gravitatorio, el tiempo transcurre más deprisa.

Afinar al milímetro

Ahora que conocemos estas dos leyes hay que tener en cuenta que los satélites GPS orbitan a 14.000 kilómetros por hora. Esto significa que el tiempo para ellos (al igual que en el ejemplo del astronauta) transcurre más despacio.

Por otra parte, están a 20.000 kilómetros de la tierra. Allí la atracción gravitatoria es menor y por tanto, de acuerdo a la segunda conclusión el tiempo pasa más rápido.

Restando la diferencia de ambos fenómenos obtenemos que el tiempo transcurre 39 millonésimas de segundo por día más despacio para los satélites que para las personas que estamos en la tierra. Es decir, al final de cada día, el satélite es 39 millonésimas de segundo menos joven que nosotros.

No parece una diferencia muy grande, pero hay que tener en cuenta que se usa para cálculos en los que la velocidad de las señales de los satélites (300.000 km/seg.) es uno de los parámetros. Cualquier millonésima que nos dejemos en el tintero multiplicada por esta cifra se transforma en un error de bulto que supondría un fallo de 11 kilómetros más cada día al calcular nuestra posición.

Los instrumentos de los satélites ajustan automáticamente sus cálculos a estos fenómenos de la teoría de la relatividad, lo que permite una exactitud de quince metros. Lo que les impide afinar al milímetro son las interferencias de la atmósfera o las circunstancias climatológicas.

Esta es la magia de la ciencia y la tecnología: convertir en sencillo algo que en realidad es sumamente complejo. Cada vez que nuestro GPS nos sugiere girar a la derecha o a la izquierda, hay un milagro industrial y tecnológico nacido de la genialidad de un científico sin parangón en la historia.

Por cierto, sin los descubrimientos de Einstein tampoco podría tomar fotos con una cámara digital, ni escuchar un disco compacto ni, mucho menos, leer este artículo, ya que la fibra óptica o el chip que hace funcionar el ordenador tampoco existirían.

Etiquetas:

Einstein, GPS, coche




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