Trabalho GPS

Trabalho sobre o GPS elaborado pelos seguintes alunos do 11ºB: Mª Margarida Passarudo, Mª Margarida Solas, Mariana Nascimento, Miguel Pombeiro, Raquel Códices.

1. Escola Secundária Públia Hortênsia de Castro
GPS

2. DesdesemprequeoHomemsentiua
necessidadede“medir”otempo.
Tempo e Relógios

3. Do Calendário ao Relógio Atómico
4000 a.C.
Calendári
o Maia
3500 a.C.
Obelisco
Egipto
Relógio Solar
1500 a.C.… 600 a.C.
Relógio de
Água
Grécia
Relógio de
Areia
600
Relógio Solar
Portátil
… 1656
Relógio com
Pêndulo
1755
Primeiro
relógio de
Pulso
1875
Relógio de
Bolso
Primeiro
relógio de
Quartzo
1930
Actualidade
1949
Relógio
Atómico

4. Qualquerrelógiomaisrecente,possuium
sistemacomdoiscomponentes,umpêndulo,
queproduzoscilaçõesregulareseumoutroque
contaessasoscilações,convertendo-aspara
umaunidadedetempo.

5. Jáduranteoprimeiromilénio,foraminventados
osrelógiosmecânicos,quepassaramaserosmais
usadosnaaltura,vistoqueeramosmaisprecisos.
Estesrelógiospossuíamumsistemadedois
componentes,completamentemecânicos.
Comopassardostempos,oHomemsentiu
necessidadede“medir”otempocommaiorexactidão,
peloque,porvoltadosanos30,foipressionadoa
inventarorelógiodequartzo,tornandoorelógio
mecânico,praticamenteobsoleto.

6. Orelógiodequartzo,funcionatambématravésda
oscilaçãodeumpênduloedacontagemdessasmesmas
oscilações,sóqueopêndulodesteédequartzo.Este
pêndulooscilaquandoelectrificado,obtendoumaprecisão
de1milissegundo.
Comoavançodatecnologia,oHomem,sentecada
vezmaisanecessidadedemedirotempocommaior
precisão,criandoentãooRelógioAtómico.Esterelógio,
funcionaquasedamesmamaneiraqueorelógiode
quartzo,noentantoopêndulodequartzoésubstituídopor
umdecésio-133,passandoaterummargemdeerro
inferioraumsegundoem100milhõesdeanos,ouseja3
nano-segundos.

7. O Relógio e o G.P.S.
AlocalizaçãoatravésdoG.P.S.estámuito
dependentedotempo,peloquecadaumdos
satélitespossuiquatrorelógiosatómicos
extremamenteprecisos.Essesrelógiosatómicos
vão,constantementeacertarorelógioinstalado
noreceptordeG.P.S.,quepormotivos
monetáriosédequartzo.

8. Curiosidades
Sabiaque:
Aomedirmosumintervalodetempoquevaida
emissãoàrecepçãodosinalnosistemaGPS,se
esseintervalotiverumerrode1milésimode
segundo,aposiçãocalculadaficaerradaemcerca
de320km?

9. AnecessidadedoHomemparadeterminarasua
posiçãoremontaaosprimórdiosdasexploraçõesvias
marítimaeterrestre.
Nestesentido,osprimeirosaparelhosdeorientação
quesurgiramforamabússolaesextante.Nosnossosdias,
osmesmosjácaíramemdesusoeforam,portanto,
substituídospelomaisrecenteeevoluídoaparelhode
orientaçãoenavegação:oGPS.

10. O que significa GPS?
GPSéaconhecidasiglaparaGlobal
PositioningSystem,istoé,Sistemade
PosicionamentoGlobal.

11. O que é um GPS?
UmGPSéumsistemadenavegação,cujaprincipal
funcionalidadeédeterminaraposiçãodeumreceptor,
apurandocomrigorascoordenadasdomesmo:latitude,
longitudeealtitude.
Paraquetalsejapossívelestáassociadoasatélites
quelheforneceminformações.

12. OsistemadeGPSéconstituídoportrêssegmentos
quefuncionamemcorrelaçãomasqueaindaassimse
distinguempelassuasfuncionalidades.Estessão:
SegmentoEspacial,SegmentodeControloeSegmento
deUtilizador.
Fig.1

13. OSEéconstituídopor24satélites.Osquais:
DescrevemórbitasemtornodaTerraa22200kmdealtitude.
Demoram11h58m(período)arealizarumavoltacompleta,
sendoqueaofimdeumdiaterrestreconcluemduasvoltas.
Estãodistribuídosuniformementeporseisórbitasoqueresulta
numtotaldequatrosatélitesporcada.
Fig.2 –24 satélites
em torno da Terra.

15. Segmento de Controlo
OSCéconstituídoporcincoestaçõesqueestão
distribuídaspordiferentespontosdoplaneta(vermapa).
Quatrodestasestaçõessãoresponsáveispela
observaçãodesatéliteseaúltima(localizadanosEUA)
écaracterizadacomoestaçãoprincipaldecontrolo
(tendoemcontaasuafunçãodecomando).
Colorado
Springs
Ascension
Hawaii
Diego Garcia
Kwajalein
Fig.3-
Distribuiçã
o das
estações
de
controlo.

16. Emcorrelação,asestações:
controlamaposição,avelocidadeeosrelógiosdossatélites;
estudamrigorosamenteospossíveiserrosnosistemaqueocorrem
fortuitamentedevidoàscondiçõesdesfavoráveisàpropagaçãode
ondaselectromagnéticas,naatmosfera:
naionosfera,graçasàscargaslivresqueresultamdaionização
dosgases;
natroposfera,pelasvariaçõesdetemperatura,humidadee
pressão.
Fig.4-
Estação
de
controlo

17. corrigemoserrosqueocorremnasórbitasdossatélites
eacertamosseusrelógiosatómicosquepodemsofrer
atrasos.Paraisso,enviaminformaçãocodificadaqueé
lidapelosistemainformáticodossatélites,oquelhe
permitecalcularnovamenteasuaposiçãoeotempo
dosseusrelógios.Sóassim,éenviadaainformação
paraosreceptoresterrestresdeGPS.
Fig.5
Fig.6

18. OSUéconstituídopelosreceptoresdeGPSepelos
utentesqueosutilizam.OsreceptoresdeGPS:
 recebemdadoscodificadosdossatélites(graçasà
suasincronização);
 descodificamessessinais;
 podemtrocarinformaçõescomosoutrosreceptores
deGPSecomcomputadores;
Segmento do Utilizador

19.  disponibilizamaquem
navega,umasériedemapas
detalhados.Dispõem das
coordenadasdeposiçãoe
formulamomelhorpercurso
paraumqualquerdestino
escolhidopeloutilizador.

20. Como funciona um GPS?
1. Cálculo da distância a um satélite
Osinalemitidoporumsatélite
informaqualasuaposiçãona
órbitaequalotempo,t,marcado
noseurelógioatómico;
Oreceptorrecebeosinalno
instantet+tquecoincidecom
otempomarcadonoseurelógio
dequartzo;
Comoosinalsedeslocaà
velocidadedaluzc=3,0x10
5
km
s
-1
oreceptorcalculaadistância,
d,queoseparadosatélite,poisd
=ct. Fig.10 e 11 -Satélite e Receptor
de microondas.

21. 2. Método da triangulação
Aduasdimensões,ouseja,noplano,nãoépossível
localizarcomexactidãoopontoP,vistoque,sendoAo
satélite,adistânciad
Apodeserocomprimentoentreocentro
dacircunferência(A)eumqualquerpontodamesma.

22. Devidoàexistênciadeum
segundosatélite,conseguimos
assimdeterminaradistânciad
B.No
entanto,asduascircunferências,
umacomcentroemAeoutracom
centroemB,intersectam-seem
doispontosdistintos.Poreste
motivo,nãoépossíveldeterminar
emqualdelesestáposicionadoo
receptorGPS.
Éassimrazoávela
presençadeumterceirosatélite
quepossibilitaráocálculoda
distânciad
C.Ficamosassimcom
trêscircunferênciadistintasque
seintersectamemapenasum
ponto.OpontoPficalocalizado
comoapoiodetrêssatélites.

23. Éimportantereferir
queosistemaGPSutilizaa
intersecçãodesuperfícies
esféricase não de
circunferências.Apenasfoi
usadoesteexemploparauma
melhorcompreensão do
processo.
Oquerealmente
aconteceestárepresentadona
figuraabaixo.
Fig.12 –Intersecção de superfícies esféricas.

24. 3.Sincronização dos relógios
Paraocálculodaposiçãodeum
receptorsãonecessáriosossinais
emitidosportrêssatélitesemissores.
Todavia,utiliza-seumquarto
satélitedereferência,cujosinaltem
comoobjectivosincronizarosrelógios
atómicos,extremamenteprecisos,que
equipamossatélites,eosdequartzo,
menosprecisos,queequipamos
receptores,umavezqueadeterminação
dointervalodetempo,t,queosinal
levaachegaraoreceptorécrucial.
Fig. 13 -O receptor GPS recebe
sinais provenientes de uma rede de
satélites.

25. OGPSé,actualmente,utilizadoparadiversosfins,
taiscomo:
Aplicações do GPS
 Navegaçãoterrestre,marítimaeaérea.Este
sistemaébastanteutilizadoporexcursionistas,
desportistas,pescadoresouinvestigadoresemzonas
maisdesconhecidas.
 Segurançadeveículoscomotáxisoucamiõesde
transportedemercadorias,sendo,assim,controlados
porumaestaçãoquereconheceasuaposiçãoem
qualquermomento.

26.  Produçãodemapas(mapeamento)eestudos
topográficosdosterrenos.
 Gestãodetráfegoedetecçãodesituaçõesde
emergência.

27. Paraindicaraposiçãodeumlugaràsuperfícieda
Terrautilizamosascoordenadasgeográficas(latitude,
longitudeealtitude).
CoordenadasGeográficas
Fig.7

28. Latitude:Ângulomedido
paracimaoubaixodoEquador,
aolongodeummeridiano.Varia
de0ºa90ºparaNorteoupara
Sul.
Ospontoscomamesma
latitudeencontram-seunidospor
umalinhaparalelaaoEquador,o
chamadoparalelo.
Fig.8 -Latitude
Meridiano: Círculo
máximo, perpendicularao
Equador,queatravessaosdois
pólosterrestres.

29. Longitude:Ânguloàesquerdaoudireitado
semimeridianodeGreenwich.Variaentreos0ºeos
180ºparaEsteouOeste.
Fig.9 -
Longitude

30. OGPSforneceinformação
bastanteprecisanoqueaestas
coordenadasdizrespeito.Estas
seriamsuficientesparalocalizarum
pontosobreasuperfíciedoplaneta.
Porém,emcertoscasosrevelam-se
insuficientes,dadoqueem
mecanismoscomoosaviõeso
conhecimentodaaltitudeécrucial.
Altitude–Distância,medida
sobreaverticaldeumlugar,entreo
mesmoeonívelmédiodaságuasdo
mar.

31. Coordenadas Cartesianas
Aquando do estudo de
movimentosemlocaispertencentesà
superfícieterrestre,éfrequentequeesta
sejaconsideradaplana.Destemodo,as
chamadascoordenadascartesianas(da
autoriadeRenéDescartes,matemático,
filósofoefísicodoséc.XVII)prevalecem
sobreascoordenadasgeográficas,umavez
queoseuusoémaisconveniente,vistoque
naanálisedesteslocaisesituações,eface
àsdescobertasdoHomemnosúltimos
séculos,asituaçãoderepousoemovimento
setornourelativa.

32. Tomemoscomoexemploumgrupodeindivíduos
queviajamdecarro:dopontodevistadeumdesses
indivíduos,todososoutrosquecomeleviajamestão
parados.Jádopontodevistadeumpeão,estesestarão
emmovimento.eliminarestetipodecontradições,a
análisedeobjectosoucorposéacompanhadadeum
referencial.

33. Ascoordenadascartesianasbaseiam-
se,habitualmente,numreferencialcomoo
seguinte:
Estesreferenciaissãodeextrema
utilidadenalocalizaçãodepontosno
espaço,recorrendoapenasàscoordenadas
x,y,z.

34. Galileo –Sistema de Navegação Europeu
Comojáfoireferido,oGPSédeautoriaamericana,contudo,
nãoéoúnicosistemadenavegaçãoporsatélitenomundo.ARússia
concebeuoGlonass,aChinaoCompass-G2(ouBeidou-2)etambéma
UniãoEuropeiacriouumprojectoparaumsistemasimilar.

35. OGalileo,comentradaemfuncionamentoprevistapara2013,
usufruidetecnologiaeuropeiaetambémdoapoiodaESA(Agência
EspacialEuropeia).Destinadoàutilizaçãocivil,contrariamenteaos
sistemasexistentes,oGalileooperaráemconjuntocomosmesmos,
garantidoummaiornúmerodesatélitese,portanto,umacobertura
maisefectiva.

36. GPS Galileo
Órbitas 6 3
Nº de satélites 24 30
Nº de satélites por
órbita
4 10
Altitude 22 200km 26 200km
Nºde estações de
controlo
5 2
GPS vs Galileo

37. •Maiorprecisão(porconfirmar).
•Transmissãoeconfirmaçãodepedidosdeajudaem
casodeemergência.
•Capacidadedetestaraintegridadedosistema
automaticamente.

38. Autilizaçãodosistemadenavegaçãoeuropeu
poderáviraterumagrandeimportânciaparaospaísesda
UniãoEuropeianamedidaemqueestesficam
independentesdossistemasnorte-americano,russoe
chinês.Estaevoluçãoseráigualmenteimportantevisto
queoactualsistemaGalileosóutilizamateriais
desenvolvidosnaEuropa.Comoconsequênciaéum
motivopropulsorparaodesenvolvimentodastecnologias
aeroespaciaiseuropeias.

39. Bibliografia e Webgrafia
Ventura,Graçaeoutros,FísicaeQuímicaA,11F,TextoEditores,
2009,Páginas10-20.
Arieiro,MariaElisaeoutros,FísicaeQuímicaA,Preparaçãopara
ExameNacional2010,PortoEditora2009,Páginas152-155
http://pt.wikipedia.Org/wiki/Sistema_de_posicionamento_global
http://www.cienciaviva.pt/latlong/anterior/gps.asp
http://www.resumos.net/fisicoquimica.html
http://profs.ccems.pt/PaulaFrota/indice_11_ano.htm
http://dtnet.no.sapo.pt/ficheiros_blog/obj_fisica_1.pdf
http://fisica-quimica-a-11.blogspot.com/2008/10/viagens-com-o-
gps.html