Integradora Fisica Etapa 1

a) ¿Cómo se orientan los aviones en el aire?

Cuando ya está a altura y velocidad de crucero sobre el océano donde no hay radio ayudas se utiliza el GPS, pero no es el único sistema. En la salida y llegadas se utilizan radio ayudas que son sistemas radioeléctricos que operan desde estaciones en tierra.

Son el ADF, VOR, Marcadores externos e internos, DME, ILS, y el apoyo dado por el control radar desde tierra con el transpondré en el avión que lo identifica en la pantalla de radar por su número de vuelo y visualiza si el avión está en la ruta y altitud correcta para cada momento. Para evitar colisiones es norma internacional mantener una separación vertical mínima y se establecen niveles de vuelo pares e impares para las aero rutas que van en un sentido y en otro para aumentar la separación.

De todas formas los pilotos se preparan desde el principio de su formación para poder volar con brújula ya que pude ocurrir que en pleno vuelo los sistemas electrónicos dejen de funcionar. Se utilizan cartas de navegación, de salida, llegadas y procedimientos.

De igual forma utilizan radio-faros que emiten una frecuencia radial mediante la cual las aeronaves pueden viajar de un punto a otro mediante el uso de un instrumento que indica la dirección en la que se encuentra dicha emisora. Este método se usa para viajes cortos.

Esto quiere decir que la forma más fácil de que los aviones se orienten es por medio del GPS ya que abarca las ubicaciones de toda la tierra y con otros aparatos hay límite de alcance.

También se pueden utilizar las brújulas pero puede ocurrir alguna interferencia magnética y puede fallar. Así que lo más seguro y práctico sería el GPS.

b) ¿Cómo se orientan los barcos en el mar?

Hay diversos instrumentos que los marinos han utilizado desde años para orientarse, como son:

La Brújula: La aguja imantada de una brújula gira en una esfera que muestra los puntos cardinales apuntando siempre al norte. En realidad, los imanes se orientan en la dirección norte-sur magnética, por ello, para conocer el norte geográfico es necesario realizar algunas correcciones. La aguja de una brújula es un imán que permite seguir un camino determinado sin cometer errores... si no hay masas metálicas cercanas que "engañen" al imán.

La Rosa de los Vientos: Conociendo los puntos cardinales, las direcciones intermedias y las intermedias secundarias puede establecerse la dirección en la que se encuentra un lugar. Al dibujar estas direcciones sobre un cuadrante aparece un dibujo que recuerda un rosetón que llamamos rosa de los vientos. Para conseguir mayor precisión se utilizan los 360º en que se divide. Es el dibujo que se encuentra en brújulas, discos móviles y sextantes.

El Sextante: Gracias a los estudios de astronomía conocemos la posición del sol y las estrellas respecto a la tierra en cada hora del día. El sextante puede medir esta posición en el cielo y deducir la longitud y la latitud del lugar en el que se encuentra, en función de la hora. Transportando estas coordenadas sobre un mapa podrá conocer la posición del barco. Para evitar errores debidos a las oscilaciones del barco, este aparato dispone de un juego de espejos estabilizadores que permiten mediciones exactas.

El Compás Marino: El compás marino es líquido, esto quiere decir que su esfera, sobre un flotador, gira en una mezcla de agua y alcohol. De este modo, sus movimientos son más fluidos, más lentos, haciendo la lectura más fácil, a pesar de las oscilaciones del barco. Independientemente de la inclinación de la nave, el disco del compás se mantiene horizontal gracias a un sistema de suspensión.

c) ¿Cómo funciona el sistema GPS?

El funcionamiento del sistema GPS se basa también, al igual que los sistemas electrónicos antiguos de navegación, en el principio matemático de la triangulación. Por tanto, para calcular la posición de un punto será necesario que el receptor GPS determine con exactitud la distancia que lo separa de los satélites.

Cálculo de la distancia entre el receptor y los satélites.

Con la aplicación del principio matemático de la triangulación podemos conocer el punto o lugar donde nos encontramos situados, e incluso rastrear y ubicar el origen de una transmisión por ondas de radio. El sistema GPS utiliza el mismo principio, pero en lugar de emplear círculos o líneas rectas crea esferas virtuales o imaginarias para lograr el mismo objetivo.

Desde el mismo momento que el receptor GPS detecta una señal de radiofrecuencia transmitida por un satélite desde su órbita, se genera una esfera virtual o imaginaria que envuelve al satélite. El propio satélite actuará como centro de la esfera cuya superficie se extenderá hasta el punto o lugar donde se encuentre situada la antena del receptor; por tanto, el radio de la esfera será igual a la distancia que separa al satélite del receptor. A partir de ese instante el receptor GPS medirá las distancias que lo separan como mínimo de dos satélites más. Para ello tendrá que calcular el tiempo que demora cada señal en viajar desde los satélites hasta el punto donde éste se encuentra situado y realizar los correspondientes cálculos matemáticos.

Todas las señales de radiofrecuencias están formadas por ondas electromagnéticas que se desplazan por el espacio de forma concéntrica a partir de la antena transmisora, de forma similar a como lo hacen las ondas que se generan en la superficie del agua cuando tiramos una piedra. Debido a esa propiedad las señales de radio se pueden captar desde cualquier punto situado alrededor de una antena transmisora. Las ondas de radio viajan a la velocidad de la luz, es decir, 300 mil kilómetros por segundo (186 mil millas por segundo) medida en el vacío, por lo que es posible calcular la distancia existente entre un transmisor y un receptor si se conoce el tiempo que demora la señal en viajar desde un punto hasta el otro.

Para medir el momento a partir del cual el satélite emite la señal y el receptor GPS la recibe, es necesario que tanto el reloj del satélite como el del receptor estén perfectamente sincronizados. El satélite utiliza un reloj atómico de cesio, extremadamente exacto, pero el receptor GPS posee uno normal de cuarzo, no tan preciso. Para sincronizar con exactitud el reloj del receptor GPS, el satélite emite cada cierto tiempo una señal digital o patrón de control junto con la señal de radiofrecuencia. Esa señal de control llega siempre al receptor GPS con más retraso que la señal normal de radiofrecuencia. El retraso entre ambas señales será igual al tiempo que demora la señal de radiofrecuencia en viajar del satélite al receptor GPS.

La distancia existente entre cada satélite y el receptor GPS la calcula el propio receptor realizando diferentes operaciones matemáticas. Para hacer este cálculo el receptor GPS multiplica el tiempo de retraso de la señal de control por el valor de la velocidad de la luz. Si la señal ha viajado en línea recta, sin que la haya afectado ninguna interferencia por el camino, el resultado matemático será la distancia exacta que separa al receptor del satélite.

Las ondas de radio que recorren la Tierra lógicamente no viajan por el vacío sino que se desplazan a través de la masa gaseosa que compone la atmósfera; por tanto, su velocidad no será exactamente igual a la de la luz, sino un poco más lenta. Existen también otros factores que pueden influir también algo en el desplazamiento de la señal, como son las condiciones atmosféricas locales, el ángulo existente entre el satélite y el receptor GPS, etc. Para corregir los efectos de todas esas variables, el receptor se sirve de complejos modelos matemáticos que guarda en su memoria. Los resultados de los cálculos los complementa después con la información adicional que recibe también del satélite, lo que permite mostrar la posición con mayor exactitud.

Conclusiones de la etapa.

En esta etapa aprendimos como sumar vectores y como sacar vectores y reforzamos algunos conocimientos que teníamos desde secundaria que es el teorema de Pitágoras que ya algunos no nos acordábamos de ese método para sacar la medida de algún lado de un triángulo.

Los vectores fueron algo que nunca habíamos visto, algo nuevo para nosotros y lo logramos aprender bien, para nosotros esto de los vectores de relaciona con las ubicaciones de los aviones, barcos, GPS etc. Ya que nosotros lo vimos de manera que dadas algunas ubicaciones se tienen que sumar vectores para cambiar de punto cardinal, al menos con eso lo relacionamos nosotros, y nos serviría la suma de vectores.

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