TEORÍA ESPECIAL
La teoría de la Relatividad consta de dos teorias bien diferenciadas: la teoría especial y la teoría general.
La teoría Especial desarrollada por Einstein y otros autores en 1905, se ocupa de la comparación de medidas hecas desde distintos sistemas de referencia inerciales que se mueven con velocidades constantes los unos repecto a los otros.
Postulados de la Teoría Especial
La teoría Especial desarrollada por Einstein y otros autores en 1905, se ocupa de la comparación de medidas hecas desde distintos sistemas de referencia inerciales que se mueven con velocidades constantes los unos repecto a los otros.
Postulados de la Teoría Especial
I Postulado: Las leyes de la Física son las mismas, para todos los sistemas de referencia inerciales. (Aquellos en los que se cumplen las leyes de Newton).
II Postulado: El valor de la velocidad de la luz c, es la misma en cualquier sistema de referencia inercial.
II Postulado: El valor de la velocidad de la luz c, es la misma en cualquier sistema de referencia inercial.
Una de las aplicaciones de la Teoría Especial de la Relatividad puede verse en el desarrollo del GPS (Global Positioning System) el cual es ampliamente conocido dado que esta tecnología satelital permite
determinar, con precisiones que van desde la decena de metros a algunos
milímetros, la posición espacial de objetos fijos o móviles respecto de un
sistema de referencia fijo a la Tierra.
El segmento
espacial de GPS consta, a la fecha, de 32 satélites en órbitas casi circulares que
se encuentran a unos 20180 kms de altura respecto de la superficie terrestre.
Estos satélites están distribuidos en seis planos orbitales equiespaciados en
longitud cuya inclinación respecto del plano ecuatorial es de 55 grados.
Su período orbital es de 12 horas sidéreas lo que implica que se mueven con una velocidad cercana a los 14000 kilómetros por hora.
Los satélites emiten señales caracterizadas por un cierto número de componentes todas basadas en una frecuencia fundamental de 10,23 MHz controladas por relojes que se encuentran a bordo de gran estabilidad.
El segmento de control identificado por las siglas OCS (Operacional Control System) está integrado por diez estaciones terrestres que rastrean los satélites con el objeto de determinar los parámetros orbitales de cada uno de ellos y también determinar el comportamiento de los relojes que se encuentran a bordo de cada vehículo espacial.
Una de estas estaciones, ubicada en la Base de la Fuerza Aérea Schriever en el Estado de Colorado (USA), denominada Estación de Control Maestra (MCS), define la escala de tiempo GPS (GPS time) a través de un reloj atómico que se utiliza como referencia. Esta estación además recopila todas las observaciones y las procesa produciendo información vital para el posicionamiento, transmitiendo los resultados obtenidos a antenas que los transfieren a través de un enlace vía banda S a cada uno de los satélites.
Los receptores utilizados por los usuarios finalmente reciben, como parte de la señal emitida por cada satélite, la información procesada por el OCS. Este bloque de información es denominado mensaje de navegación y permite, a partir de los parámetros orbitales, calcular la posición de cada satélite en la época de observación.
La alta eficiencia, confiabilidad y versatilidad del sistema han generado un vasto campo de aplicaciones en diversas actividades humanas entre las cuales podemos enumerar: aeronavegación, navegación marítima, fluvial o terrestre, la exploración y explotación de recursos naturales, la prevención y observación de los desastres naturales, la construcción de obras de ingeniería, el ordenamiento territorial, etc.
Como ya se mencionara, para determinar la posición de un punto es necesario medir los tiempos empleados por las señales emitidas por satélites en recorrer la distancia que los separa de un receptor estacionado sobre el punto.
Estos tiempos permitirán determinar las distancias entre el punto y cada uno de los vehículos espaciales en la época de observación. Debido a la altísima velocidad de propagación de las señales, estos tiempos deben medirse con muy alta precisión, teniendo en cuenta que un microsegundo de error en la medición del tiempo produce un error de 300 metros en las distancias.
Ahora bien, los relojes involucrados en las observaciones (de los satélites y del receptor) se mueven uno respecto de otros y están ubicados en puntos distintos del campo gravitatorio terrestre y por lo tanto es necesario considerar efectos relativistas.
La velocidad relativa entre el reloj del receptor y los relojes de los satélites, produce un efecto previsto por la relatividad especial (RE) que hace que los relojes de los satélites se atrasen respecto del reloj del receptor (o que disminuya su frecuencia).
Su período orbital es de 12 horas sidéreas lo que implica que se mueven con una velocidad cercana a los 14000 kilómetros por hora.
Los satélites emiten señales caracterizadas por un cierto número de componentes todas basadas en una frecuencia fundamental de 10,23 MHz controladas por relojes que se encuentran a bordo de gran estabilidad.
El segmento de control identificado por las siglas OCS (Operacional Control System) está integrado por diez estaciones terrestres que rastrean los satélites con el objeto de determinar los parámetros orbitales de cada uno de ellos y también determinar el comportamiento de los relojes que se encuentran a bordo de cada vehículo espacial.
Una de estas estaciones, ubicada en la Base de la Fuerza Aérea Schriever en el Estado de Colorado (USA), denominada Estación de Control Maestra (MCS), define la escala de tiempo GPS (GPS time) a través de un reloj atómico que se utiliza como referencia. Esta estación además recopila todas las observaciones y las procesa produciendo información vital para el posicionamiento, transmitiendo los resultados obtenidos a antenas que los transfieren a través de un enlace vía banda S a cada uno de los satélites.
Los receptores utilizados por los usuarios finalmente reciben, como parte de la señal emitida por cada satélite, la información procesada por el OCS. Este bloque de información es denominado mensaje de navegación y permite, a partir de los parámetros orbitales, calcular la posición de cada satélite en la época de observación.
La alta eficiencia, confiabilidad y versatilidad del sistema han generado un vasto campo de aplicaciones en diversas actividades humanas entre las cuales podemos enumerar: aeronavegación, navegación marítima, fluvial o terrestre, la exploración y explotación de recursos naturales, la prevención y observación de los desastres naturales, la construcción de obras de ingeniería, el ordenamiento territorial, etc.
Como ya se mencionara, para determinar la posición de un punto es necesario medir los tiempos empleados por las señales emitidas por satélites en recorrer la distancia que los separa de un receptor estacionado sobre el punto.
Estos tiempos permitirán determinar las distancias entre el punto y cada uno de los vehículos espaciales en la época de observación. Debido a la altísima velocidad de propagación de las señales, estos tiempos deben medirse con muy alta precisión, teniendo en cuenta que un microsegundo de error en la medición del tiempo produce un error de 300 metros en las distancias.
Ahora bien, los relojes involucrados en las observaciones (de los satélites y del receptor) se mueven uno respecto de otros y están ubicados en puntos distintos del campo gravitatorio terrestre y por lo tanto es necesario considerar efectos relativistas.
La velocidad relativa entre el reloj del receptor y los relojes de los satélites, produce un efecto previsto por la relatividad especial (RE) que hace que los relojes de los satélites se atrasen respecto del reloj del receptor (o que disminuya su frecuencia).