Andrea Sosa - Navegando entre Letras

La dilatación del tiempo y el GPS – Andrea Sosa

Siguiendo con la letra ‘L’, en Navegando en el abecedario nos acompaña Dana De La Rosa, quien es una estudiante de Ingeniería Física de la UAQ. Mediante programas de estancias propios de su carrera, ha colaborado en un laboratorio de acústica en proyectos para analizar las frecuencias de vibración de diferentes violines y también ha trabajado en temas de cosmología dentro de su institución, probando diferentes modelos de densidad que tratan de explicar la presencia de materia oscura en las galaxias, demostrando así un interés tanto por la física teórica como por las aplicaciones de la ingeniería.

Ahora nos presenta un texto que ejemplifica un resultado evidente entre ciencia y tecnología, y lo mucho que la física guarda para nosotros y que, desde mi punto de vista, nos hará ver de diferente forma el uso del GPS.

Andrea Sosa

L

La dilatación del tiempo y el GPS

El tiempo es un concepto con el que interactuamos todos los días. Nos es esencial medirlo en la vida cotidiana para darle cierto sentido, pero ¿qué es? En términos sencillos podríamos decir que el tiempo es la duración o periodo que transcurre entre un suceso y otro, y que los segundos, minutos y horas, son las unidades con que lo medimos. Pero, ¿quién nos marca la hora verdadera? Los relojes y el tiempo del mundo se regulan por el Tiempo Universal Coordinado (UTC), al menos aquí en la Tierra porque, contrario a lo que se podría pensar, el tiempo no es igual en todos lados.

La dilatación temporal es una de las consecuencias de la relatividad general propuesta por Albert Einstein, que se puede explicar como una diferencia entre el tiempo transcurrido para dos observadores que se mueven con velocidades muy diferentes o que encuentran en diferentes puntos de un campo gravitacional, por la naturaleza del espacio-tiempo.

Nuestro planeta, debido a su masa, genera su propio campo gravitatorio y, como consecuencia de ello, un reloj en la faz de la Tierra siente mayormente ese campo y marca el tiempo más lento de lo que lo hace un reloj que la órbita, puesto que a grandes alturas la gravedad es menor.

Hoy en día los relojes atómicos son los más precisos que existen.Tardaría millones de años en atrasarse apenas un segundo y son el estándar para calibrar todos los demás que hay en el mundo y brindarnos siempre la hora exacta. También son los que llevan los satélites que orbitan el planeta y, como tienen que ir en sincronía con los de la Tierra, son ajustados para marchar un poco más lento de lo que lo harían a esa altura, pues ya explicamos los efectos de la dilatación.

El Sistema de Posicionamiento Global o GPS utiliza satélites con estos relojes, controlados desde tres estaciones terrestres, para brindarnos nuestra ubicación en cualquier momento, pero la precisión de esta se puede ver afectada por el hecho de que las velocidades con las que orbitan son de 3,88 km/s a una altura media de 20 mil 200 kilómetros y de que el planeta tiene su propio movimiento de traslación, entre otros factores.

Cuando una persona solicita su posición mediante un dispositivo se envía una señal que llega a uno de los satélites, o un conjunto de ellos, pero esta señal tarda cierto tiempo en llegar. Después, mediante triangulación, diferentes satélites aproximan la ubicación del dispositivo y envían otra señal de regreso que también tarda en regresar. Mientras estas señales van y vienen, los satélites ya han avanzado kilómetros en su órbita, lo que haría señalar una posición diferente a la que en verdad se encuentra la persona.

Sin embargo, gracias a la teoría de relatividad, conociendo datos como la velocidad y la distancia de los satélites, se pueden hacer los cálculos necesarios para determinar cualquier punto en la Tierra con una precisión de unos cuantos metros o milímetros, dependiendo del tipo de equipo y la técnica utilizada.

El funcionamiento del GPS describe con precisión la curvatura del espacio-tiempo y es quizá una de las aplicaciones más significativas de la teoría de la relatividad general. Ella nos dice cómo la gravedad distorsiona el tiempo y de esto se vale el GPS, para brindarnos nuestra posición en cualquier momento.

Dana de la Rosa

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