Outubro 19 2008

 

Escola Secundária de Cascais

 

 

 

Trabalho apresentado à disciplina de

Físico – Químicas

 

 

 

Viagens com GPS

 

Docente: Fernando Oliveira

 

Discentes: Leonor Veríssimo Nº15      11ºB

                    Susana Ferreira Nº18          11ºB

                    Tomás Serrasqueiro Nº23  11ºB

                     Vanessa Pereira Nº              11ºB

 

 

Cascais, 8 de Fevereiro de 2008

 

 

 

 

Índice

♦ Introdução…………………………………………………………………....p.3

 

♦ Viagens com GPS..........................................................................................pp.4 

         - Coordenadas Geográficas………………………………..................p.4

         - Coordenadas Cartesianas........………………………......................p.4

         - Sistema de Posicionamento Global (GPS)…………….….............pp.4-5

         - Segmento espacial………………………………………….........…..pp.4-5

         - Segmento de controlo………………………………………........…..p.5

         - Segmento do utilizador………………………………………........…p.5

         - Funcionamento do GPS……………..................................................p.5

         - Relógios mecânicos, de quartzo e atómico....................................p.5

         - Sistema europeu de localização por satélite - Galileo…………..p.6

         - Aplicações do GPS………...................................................................p.6

         - GPS de 3ª geração…………………………………………………...p.6

 

♦ Conclusão......................................................................................................p.7

 

♦ Bibliografia.....................................................................................................p.8

 

 

 

 

Introdução

 

        No âmbito da disciplina de Físico-Químicas, foi-nos solicitada a execução de um trabalho escrito, relativamente ao tema “A atmosfera terrestre”.

       Os assuntos a focar no trabalho seriam:

1. Determinação da posição através de:                                                                                                 - Coordenadas geográficas;                                                                                                                      

      - Coordenadas cartesianas;

 

2.GPS

      - O que é?

      - Como funciona?

      - Sincronização dos relógios do sistema GPS

      - Relógios mecânicos, de quartzo, atómicos

      - Sistema europeu de localização por satélite – Galileo

      - GPS de terceira geração – principais inovações que vai trazer.

     

      Para facilitar a leitura do trabalho, organizámo-lo pelos seguintes tópicos:

► Localização da posição

- Coordenadas geográficas

- Coordenadas cartesianas

 

► GPS

- Sistema de Posicionamento Global

- Funcionamento do GPS

- Relógios mecânicos, de quartzo e atómicos

- Sistema europeu de localização por satélite - Galileo

- Aplicações do GPS

- GPS de terceira geração

 

      Esperamos que goste do nosso trabalho.

 

 

 

 

Localização da posição

♦Coordenadas geográficas

      Para indicar a posição de um receptor num lugar à superfície da Terra, utiliza-se as chamadas coordenadas geográficas: latitude, longitude e altitude.

      Um meridiano é um círculo máximo, perpendicular ao equador, que passa pelos dois pólos geográficos. A latitude é o ângulo medido para cima ou para baixo do Equador, ao longo do meridiano. Esta varia entre 0º e 90º Norte ou entre 0º e 90º Sul.

Fig. 1 - Latitude

      Um paralelo é uma circular paralela ao Equador, cujos pontos estão à mesma latitude. A longitude é o ângulo para um lado ou para outro do semimeridiano de Greenwich (Inglaterra). Varia de 0º a 180º podendo ser Este ou Oeste.

Fig. 2 - Longitude

      Em certos casos. A informação de latitude e longitude não chega, sendo necessária também a altitude, que é a distância, medida sobre a vertical do lugar, entre esse lugar e o nível médio das águas do mar. O GPS dá com grande precisão os valores da latitude, longitude e altitude de qualquer da Terra.

 

♦Coordenadas cartesianas

      Se considerarmos a Terra plana, ignorando a sua curvatura, é conveniente usar coordenadas cartesianas em vez de coordenadas geográficas.

      Ao objecto ao qual descrevemos o movimento, associa-se um sistema de eixos ou referencial.

     O movimento, como o repouso, é relativo. Uma situação de movimento num dado referencial pode ser de repouso noutro.

      O referencial mais comum tem três eixos perpendiculares entre si, que se encontram num ponto chamado origem.

      Quando falamos do movimento de um corpo, referimo-nos sempre à trajectória descrita por este. A trajectória é o conjunto das sucessivas posições ocupadas pelo corpo em movimento à medida que o tempo decorre.

      As trajectórias podem ser rectilíneas ou curvilíneas, consoante se fizerem sobre uma recta ou não.

 

GPS

♦Sistema de Posicionamento Global (GPS)

      A sigla GPS refere-se a um sistema de navegação que utiliza informação proveniente de satélites para fornecer com precisão as coordenadas de um lugar: latitude, longitude e altitude.

      Este sistema consiste em três segmentos: o segmento espacial, o segmento de controlo e o segmento do utilizador.

→ Segmento espacial

Fig. 1 - Segmento espacial

É formado por 24 satélites, com as próximas características:

• Foram lançados para o espaço, em foguetões.

• Descrevem órbitas aproximadamente circulares em torno na Terra, dando duas voltas completas por dia. As órbitas estão contidas em seis planos que fazem 60º entre si. Em cada órbita há quatro satélites.

• Obtêm energia de painéis solares que são constantemente orientados para o Sol. • Cada satélite possui quatro relógios atómicos.

• Transmitem e captam ondas electromagnéticas na banda das microondas, que transportam dados referentes à posição e tempo.

→ Segmento de controlo

É constituído por cinco estações terrestres dispersas pelo planeta, que têm como função:

• Controlar a posição dos satélites, a velocidade e o tempo marcado nos seus relógios.

• Analisar as condições atmosféricas que introduzem erros no sistema, já que a velocidade de propagação de ondas electromagnéticas é afectada pela composição atmosférica.

• Efectuar correcções às órbitas e relógios dos satélites através do envio de informação codificada.

→Segmento do utilizador

Fig. 2 - GPS

É constituído pelos receptores GPS e por quem os utiliza. Os receptores GPS são caracterizados por:

• Receber e descodificar os sinais dos satélites.

• Poder trocar dados com outros receptores e com computadores.

• Permitir a quem navega dispor de mapas detalhados e endereços úteis, obter a melhor rota até um local desejado ou conhecer as coordenadas de posição.

 

♦Funcionamento do GPS

      Os satélites da rede GPS enviam os seus sinais em instantes precisos. O sinal propaga-se à velocidade da luz, pelo que decorre algum tempo desde a emissão até à recepção do sinal. O tempo que decorre entre a emissão e a recepção do sinal permite determinar a distância entre o receptor e o satélite. Para determinar a distância percorrida entre o satélite e o receptor utiliza-se a fórmula v = d/ t.

  Fig. 3 - Funcionamento do GPS

      O ponto P, que é o ponto onde está o receptor, encontra-se na intersecção das superfícies de três esferas com centros nos satélites usados como pontos de referência e o seu raio é igual à distância entre cada satélite e o receptor.

      Em princípio, três satélites seriam suficientes para localizar a posição de um lugar na Terra. Mas os relógios atómicos dos satélites, altamente precisos, têm de estar sincronizados para que as distâncias calculadas pelo método anterior – método da triangulação – estejam correctas.

Fig. 4 - Método da triangulação

      A sincronização dos relógios que equipam os satélites é feita através de um quarto satélite que intervém unicamente para acertar os relógios dos outros três satélites.

      A precisão de um GPS, no sistema SPS, era inicialmente da ordem dos 100 metros enquanto que no sistema PPS a precisão da componente horizontal de 20 metros. A partir de 1 de Maio de 2000 o governo norte-americano, proprietário do sistema, deixou de introduzir um erro no sistema SPS, erro propositadamente introduzido no serviço público para segurança do estado norte-americano, e que tornou este sistema mais preciso passando a ser semelhante ao PPS.

      Este erro foi definitivamente abolido. O DGPS, um GPS diferencial, recebe informações adicionais de uma estação terreste próxima e de posição conhecida. Esta estação capta os sinais dos satélites e corrige diversos erros e envia sinais rádio que são interpretados pelo DGPS aumentando assim a precisão posicional.

 

♦Relógios mecânicos, de quartzo e atómicos

      Qualquer tipo de relógio possui duas componentes fundamentais: um mecanismo que produz oscilações regulares e outro que conta as oscilações e as converte para uma unidade de tempo. Consoante estes osciladores sejam mecânicos, electromecânicos ou atómicos, assim os relógios terão diferentes precisões.

      Certos relógios mecânicos são baseados nas oscilações de um pêndulo. Nos relógios de quartzo, o oscilador baseia-se em oscilações de um cristal de quartzo. Os relógios atómicos baseiam-se na frequência das radiações emitidas, ou absorvidas, por átomos ou moléculas.

 

Fig. 5 - Relógio mecânico, de quartzo e atómico

      Os relógios de quartzo, têm maior precisão que os mecânicos. Por volta de 1950 desenvolveram-se os relógios atómicos, que têm ainda maior precisão: os actuais relógios atómicos, baseados nas radiações dos átomos de césio, têm margens de erro inferiores a um segundo em 100 milhões de anos. São o instrumento de medição de tempo mais preciso desenvolvido até hoje.

 

♦Sistema europeu de localização por satélite – Galileo

      A UE (União Europeia) quer criar um novo sistema de navegação por satélite, designado Galileo. O objectivo do projecto, de utilização civil, é a total independência do GPS norte-americano.

      Em 2008, a UE prevê lançar o Galileo, um novo sistema de navegação por satélite para rivalizar com o GPS norte-americano. O projecto tem como finalidade lançar satélites que possam fornecer serviços similares ao GPS, que é gerido pelos serviços militares norte-americanos. Assim que estiver operacional, o Galileo, torna-se no “grito de independência” europeu relativamente aos existentes sistemas de navegação por satélite norte-americano (GPS) e russo (Glonass), de uso militar.

      O Galileo vai ser capaz de apurar a exacta localização de pessoas e objectos equipados com o receptor de dados apropriado. Os dados vão ser disponibilizados por uma rede de 30 satélites, a lançar em 2008. Assim, os sistemas de gestão de tráfego, seja por ar, terra ou mar, assim como serviços de localização gerais permitidos pela terceira geração de telefones móveis, vão servir-se das informações do Galileo ao serviço da Europa.

 

♦Aplicações do GPS

• Navegação terrestre, marítima e aérea.

•Segurança de veículos como táxis ou camiões de transporte de mercadorias: são controlados por uma estação que conhece a sua posição em qualquer instante.

• Mapeamento, isto é, produção de mapas e estudos de topografia dos terrenos.

• Gestão de tráfego e detecção de situações de emergência.

 

♦GPS de 3ª geração

      Os GPS de terceira geração e, vez de apenas mostrarem um mapa a 2 dimensões num ângulo que dê a percepção como se fosse a 3 dimensões, irão mesmo possibilitar a representação da altura dos objectos relativos. Medianos podem ser desenhados no GPS e esses desenhos podem ter sombras de modo a ilustrar a sua altura relativa. Os edifícios mais importantes podem ser observados a 3 dimensões para servir de marcações, guiando os condutores para que estes saibam exactamente onde virar.

      “Os mapas digitais a três dimensões dão uma experiência de navegação que é ainda maior tangível e realista, com características que podem ajudar a melhorar a utilização dos mapas.” Disse Basak Ozer, vice-presidente global do produtos de vendas da Tele Atlas (empresa que está a trabalhar nos modelos de GPS a 3 dimensões).

Fig. 6 - GPS de 3ª geração

 

 

 

 

Conclusão

      Com este trabalho aprendemos que para indicar a posição de um receptor num lugar à superfície da Terra, utiliza-se as chamadas coordenadas geográficas: latitude, longitude e altitude.

      A latitude é o ângulo medido para cima ou para baixo do Equador; a longitude é o ângulo para um lado ou para outro do semimeridiano de Greenwich e a altitude é a distância, medida sobre a vertical do lugar, entre esse lugar e o nível médio das águas do mar.

      Se considerarmos a Terra plana, ignorando a sua curvatura, utiliza-se as coordenadas cartesianas. Ao objecto ao qual descrevemos o movimento, associa-se um sistema de eixos ou referencial, que tem três eixos perpendiculares entre si, que se encontram num ponto chamado origem.

      Aprendemos também que a sigla GPS refere-se a um sistema de navegação que utiliza informação proveniente de satélites para fornecer com precisão as coordenadas de um lugar: latitude, longitude e altitude. O GPS tem associado três segmentos: o espacial, de controlo e o do utilizador.

      O segmento espacial é formado por 24 satélites que descrevem órbitas aproximadamente circulares em torno na Terra, dando duas voltas completas por dia. As órbitas estão contidas em seis planos.

      O segmento de controlo é constituído por cinco estações terrestres dispersas pelo planeta.

      O segmento do utilizador é constituído pelos receptores GPS e por quem os utiliza. Os satélites da rede GPS enviam os seus sinais em instantes precisos. O sinal propaga-se à velocidade da luz, pelo que decorre algum tempo desde a emissão até à recepção do sinal.    

      Três satélites seriam suficientes para localizar a posição de um lugar na Terra. Mas os relógios atómicos dos satélites, altamente precisos, têm de estar sincronizados para que as distâncias calculadas pelo método anterior – método da triangulação – estejam correctas.

      A sincronização dos relógios que equipam os satélites é feita através de um quarto satélite que intervém unicamente para acertar os relógios dos outros três satélites.

      Assimilámos também que qualquer tipo de relógio possui duas componentes fundamentais: um mecanismo que produz oscilações regulares e outro que conta as oscilações e as converte para uma unidade de tempo. Os relógios mecânicos são baseados nas oscilações de um pêndulo. Nos relógios de quartzo, o oscilador baseia-se em oscilações de um cristal de quartzo. Os relógios atómicos baseiam-se na frequência das radiações emitidas, ou absorvidas, por átomos ou moléculas. Os relógios atómicos são os mais precisos actualmente.

      Aprendemos igualmente que a UE (União Europeia) quer criar um novo sistema de navegação por satélite, designado Galileo. O objectivo do projecto, de utilização civil, é a total independência do GPS norte-americano.

      Por fim, os GPS de terceira geração e, vez de apenas mostrarem um mapa a 2 dimensões num ângulo que dê a percepção como se fosse a 3 dimensões, irão mesmo possibilitar a representação da altura dos objectos relativos.

 

 

 

 

Bibliografia

Webgrafia:

Os sites consultados para realizar a pesquisa deste trabalho foram consultados no dia 9 de Outubro de 2008:

• http://www.gpsreview.net/3d-mapping-from-tele-atlas/

• http://www.inov.pt/eng/news/archive_01.html

• http://www.ancruzeiros.pt/anci-gps.html

 

Bilbiografia:

- Silva, Daniel Marques (2006). Física e Química – A 11º Ano – Desafios da Física – 2006, Lisboa Editora, Lisboa

 

- Ventura, Graça; Fiolhais, Manuel (2008). Física e Química A 11º/12º Ano – Física – Bloco 2 – 2008, Texto Editores, Lisboa

publicado por wannabescientists às 01:21

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MSX do Brasil a 26 de Setembro de 2013 às 14:10

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