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¿Como puede el capitán de un barco determinar su
posición en el medio del océano?. En nuestra era
espacial, se hace fácilmente, usando el sistema de
satélites GPS, el Sistema
de Posicionamiento Global. Esta red de 24 satélites
transmite constantemente sus posiciones y existen
pequeños receptores portátiles que convierten estas
señales en localizaciones con una precisión de 15
metros (unos 50 pies). Antes de la era espacial,
no obstante, no era tan fácil. Se necesitaba usar el Sol
y las estrellas. |
Averiguar la latitud con la Estrella PolarImagínese a sí mismo parado en la noche en un punto P de la Tierra, observando la estrella polar (o, mejor, la posición del polo norte celeste cerca de esta estrella) con un ángulo de elevación l sobre el horizonte. El ángulo entre la dirección del polo y el cenit es de (90º-l). Si traza la línea desde el cenit hacia abajo (vea el dibujo) alcanza el centro de la Tierra y el ángulo formado entre la línea y el eje de la Tierra es también (90°-l). Por tanto, como indica el dibujo, l
es también su latitud. |
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Averiguar la latitud con el Sol al mediodíaSi está Vd. navegando en un barco en el medio del océano, puede obtener la misma información del Sol al mediodía, probablemente con más precisión, ya que de noche no se puede ver tan claramente el horizonte. El Mediodía es cuando el Sol alcanza el punto más alto en su jornada por el cielo. Se cruza con la dirección norte-sur al sur del observador, normalmente, en el hemisferio norte. Debido a que el eje de la Tierra está inclinado con respecto a una línea perpendicular a la eclíptica en un ángulo e = 23.5° , la altura de este punto en el horizonte depende de la estación del año. Suponga que está Vd. en el punto P. Examinamos 3 posibilidades: |
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(1) Suponga que la fecha es el solsticio
de invierno, alrededor del 21 de diciembre, cuando el
polo norte está inclinado hacia afuera del Sol.
Para averiguar su latitud l
mida el ángulo a entre la dirección del Sol al
mediodía y el cenit.
Mire el dibujo e imagine que
puede girar |
Entonces todos los ángulos denominados e se pliegan juntos, indicando que son iguales. Vd. tiene a = l + e y su latitud es l = a - e = a - 23.5°
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(2) Medio año más tarde, en el solsticio
de verano (21 de junio), el polo norte está
inclinado hacia el Sol, no hacia fuera de él y
ahora (si l es mayor que e)
a = l - e y su latitud es l = a
+ e = a + 23.5° |
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(3) Finalmente, suponga que está en el
equinoccio, alrededor del 21 de marzo o el 21 de
setiembre. La inclinación del eje de la Tierra ahora
está fuera del plano del dibujo, fuera del papel
si fuese un dibujo de un libro. La dirección hacia el
Sol está en el plano del ecuador y tenemos l = a Así, al menos en esas fechas, los navegantes podrían decir cual es su latitud midiendo la posición del Sol al mediodía. |
Para cualquier otra fecha, existen tablas de
navegación que indican los ángulos apropiados (menores
de 23.5º) que deben ser sumados o restados. También
proveen de fórmulas para deducir la altura del Sol desde
observaciones hechas a otras horas. Al igual que con la estrella Polar, mejor que medir el ángulo a desde el cenit, ¡que no está marcado en el cielo!, es más sencillo medir el ángulo (90°-a) desde el horizonte, que en la mar, habitualmente, está claramente definido. Tales observaciones, conocidas como "medir la altura del Sol", se hacen con un instrumento llamado sextante. Tiene una escala deslizante que cubre 1/6 de un círculo (de ahí su nombre) y un espejo anexo pivotante, que permite una vista dividida: el piloto, moviendo la escala, trae al Sol y al horizonte simultáneamente a la vista y luego lee, por fuera del sextante, el ángulo entre ellos. LongitudEn la época de los grandes navegantes, Colón, Magallanes, Drake, Frobisher, Bering y otros, localizar su latitud era una tarea fácil. Los capitanes sabían como usar el Sol del mediodía y antes de que se inventara el sextante, se usaba un instrumento menos preciso llamado alidada. La longitud era un hueso más duro de roer. En principio, todo lo que se necesita es un reloj de precisión, ajustado a la hora de Greenwich. Cuando el Sol "pasa el meridiano" al mediodía, solo necesitamos comprobar el reloj: si a la hora de Greenwich son las 3 p.m. (15:00), sabemos que 3 horas atrás era mediodía en Greenwich y, por lo tanto, estamos a una longitud de 15° x 3 = 45º oeste. Sin embargo, los relojes de precisión requieren una tecnología bastante sofisticada. Los relojes de péndulo pueden medir el tiempo con precisión en tierra firme, pero el balanceo y cuchareo de un barco los hacen inservibles para su uso en la mar. Los relojes sin péndulo, como los de pulsera antes de ser electrónicos, usan un volante de inercia, una pequeña rueda flotante girando adelante y atrás en un ángulo pequeño. Un muelle espiral liso enrollado alrededor de su eje hace retornar al volante a su posición original. El periodo de cada oscilación está así determinado por la tensión del muelle y por la masa del volante y puede entonces reemplazar a la oscilación del péndulo para controlar el movimiento de las manecillas del reloj. La gravedad no juega aquí ningún papel y los movimientos del barco también tienen muy poco efecto; como se discutirá en una sección posterior, un sistema vagamente similar fue usado para "pesar" a los astronautas en el medio ingrávido de una estación orbital. Para la navegación, sin embargo, el reloj debe ser muy preciso, lo que es difícil de conseguir: la fricción debe ser mínima y así deben ser también los cambios en las dimensiones del volante y en las propiedades del muelle debidos a las modificaciones de temperatura y otros factores. En los siglos XVII y XVIII, cuando los navíos de Inglaterra, España, Francia y Holanda intentan dominar los mares, el "problema de la longitud" cobra gran importancia estratégica y ocupa a algunas de las mejores mentes científicas. En 1714 Inglaterra anuncia un premio de 20,000 libras, una suma inmensa en aquellos días, por una solución fiable y John Harrison, un relojero británico, consume décadas intentando conseguirla. Sus dos primeros "cronómetros" de 1735 y 1739, aunque fiables, eran piezas de maquinaria delicadas y voluminosas; han sido restaurados y están expuestas al público en el Real Observatorio Astronómico de Greenwich. Solo su 4º instrumento, probado en 1761, demostró ser satisfactorio y fueron necesarios algunos años más antes de recibir el premio. Un sitio amplio y delicioso en la web con la historia del "problema de longitud" de Jonathan Medwin, se puede encontrar aquí. Otra fuente recomendada es el libro Longitude de Dava Sobel. . Historias de la Navegación #1 : Robert WoodHistorias de la Navegación #2 : Nansen |
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