Você já se perguntou uma vez que o seu celular sabe exatamente onde você está, com precisão de alguns metros? O sistema de Posicionamento Global (GPS) não é um radar que “vê” você. Na verdade, ele funciona a partir de sinais muito precisos enviados por uma constelação de satélites que orbitam a Terreno.
Cada satélite transmite um horário exato no qual o sinal foi emitido, e o seu celular recebe esses sinais de pelo menos quatro satélites para calcular a intervalo até cada um deles com base no tempo que esse sinal levou para chegar. A posição é portanto determinada pela interseção dessas distâncias – um conta matemático publicado uma vez que trilateração, também chamado de triangulação espacial.
Esse funcionamento depende de alguma coisa fundamental: o tempo. Para que um receptor GPS no seu celular calcule corretamente as distâncias, os relógios nos satélites precisam ser extremamente precisos.
Por isso, os satélites carregam relógios atômicos — dispositivos que mantêm o tempo com uma segurança tão subida que podem errar menos de um segundo em milhões de anos. Esses relógios são essenciais porque até mesmo uma discrepância de poucos nanossegundos (bilionésimos de segundo) pode resultar em metros de erro na localização.
As teorias de Einstein
Apesar de todo o processo evidenciado supra, existe um problema que precisava ser resolvido para que o GPS funcionasse corretamente: o tempo não passa da mesma forma no espaço e na superfície da Terreno.
E é cá que as teorias da relatividade de Albert Einstein se tornam essenciais para o GPS funcionar. Segundo a Relatividade Privativo, quanto mais rápido um objeto se move, mais lentamente o tempo passa para esse objeto em relação a um observador estacionário.
Os satélites GPS se deslocam em torno da Terreno sobre 14 000 km/h, e isso faz com que os relógios a bordo “atrasem” aproximadamente 7 microssegundos por dia em verificação aos relógios na superfície terrestre.
Ao mesmo tempo, a Relatividade Universal, outra teoria de Einstein, descreve uma vez que a sisudez influencia o fluxo do tempo. Quanto mais fraca a sisudez, mais rápido o tempo passa.
Os satélites do GPS orbitam sobre 20.000 km supra da superfície, onde o efeito gravitacional é menor do que na Terreno. Isso faz com que os relógios nos satélites “avancem” tapume de 45 microssegundos por dia em relação aos relógios de referência na superfície.
Somando esses dois efeitos relativísticos — o detença pela velocidade e o avanço pela sisudez — o resultado líquido é que os relógios dos satélites passam tapume de 38 microssegundos mais rápido por dia do que os relógios na Terreno.
Embora essa diferença pareça ínfima, ela é sátira para a precisão do GPS: sem as correções baseadas nas fórmulas de Einstein, os erros de posicionamento cresceriam rapidamente. Em exclusivamente um dia, a diferença acumulada chegaria sobre 10 quilômetros de erro na localização, o que tornaria inútil o sistema de navegação do seu celular.
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Por isso, os engenheiros que projetaram o GPS incluem as correções relativísticas diretamente no sistema.
Os relógios atômicos dos satélites são calibrados e ajustados de forma que, quando sujeitos aos efeitos da velocidade e da sisudez no espaço, eles mantenham a sincronização com os relógios na Terreno. Outrossim, os sinais dos satélites são continuamente monitorados e corrigidos por estações de controle no solo para manter a precisão necessária.
Em origem, quando você usa o GPS no seu celular para pedir um carruagem pelo aplicativo ou para traçar rotas no planta, você está se beneficiando de teorias físicas que Albert Einstein desenvolveu há mais de um século. O GPS moderno é um dos exemplos mais práticos de uma vez que ideias aparentemente abstratas da física teórica têm aplicações diretas no dia a dia.
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