El problema de la longitud ( I )

El problema de la determinació de la longitud abans de l'existència dels mecanismes de posicionament global (GPS) i dels moderns sistemes de computació oferia un interessant desafiament per als científics de tot el món, que dedicaven grans esforços a investigar un mètode convenient i ràpid per a trobar aquesta coordenada.

Les primeres aproximacions a la solució es remunten a temps de Ptolemeu (150 d.d.C) que per tal d'ubicar sobre un mapa primitiu les ciutats més importants de l'època va definir un sistema de coordenades esfèriques, composat per paral·lels i meridians, fixant l'origen de latitud a l'Equador i el de la longitud de tal manera que passara per les aleshores denominades "Illes Afortunades". Aquest sistema de referència ha anat variant amb el temps, encara que només ha variat l'ubicació de l'origen de la longitud, fins l'emplaçament actual, situat a Greenwich (Regne Unit).La determinació de la latitud no comporta problemes greus per als viatjants, ja que mesurant la duració del dia o l'altura del sol o de certes estreles conegudes sobre l'horitzó es pot calibrar amb bona aproximació. No obstant, per a determinar la longitud és necessari conéixer l'hora local, ja que aquesta varia segons la longitud del punt considerat, de manera que si comparem la diferència entre l'hora d'origen d'un punt de referència amb l'hora local podem convertir aquesta diferència horària en diferència de longitud, sabent que cada hora de desviació representa 15º.

El problema de determinació de la longitud era especialment problemàtic als vaixells, ja que per causa de les variacions de temperatura, les vibracions i canvis d'orientació, humitat i altres factors atmosfèrics resulta particularment difícil mantenir una referència de l'hora del punt de partida, i per tant es dificulta la determinació de la longitud. Aquestes dificultats van alentir el procés d'exploracions a la mar, a pesar de la bona cartografia i dels excel·lents instruments de navegació.Amb l'expansió de la colonització i el desenvolupament naval corresponent, es va aumentar la necessitat de conéixer la posició d'un vaixell a la mar amb precisió, per tal d'evitar naufragis per xocs amb illes i altres problemes derivats de la navegació per terres poc conegudes, provocant un interés massiu de les potències navals, que destinaven grans quantitats de diners a l'investigació d'aquest problema a qualsevol que puguera oferir un mètode factible i útil d'obtindre la longitud a la mar. Després d'un anàlisi detallat d'aquest es van proposar diverses alternatives, un mètode astronòmic i l'altre basat en la rellotgeria.

Pel que fa al mètode astronòmic estava basat en l'observació cuidadosa del cel, amb determinacions de la distància entre les estreles i la lluna i a través de les prediccions d'eclipses en Júpiter, mètode desenvolupat per Galileu. No obstant això, el mètode astronòmic tenia problemes, ja que no sempre es podien observar les estreles requerides, i de vegades les condicions atmosfèriques impedien les determinacions, i la precisió de les determinacions era escassa en la majoria dels casos.
L'alternativa al mètode astronòmic era la rellotgeria. Calia dissenyar mecanismes de rellotgeria capaços de mantenir l'hora del port de partida amb una gran precisió per tal de comparar després aquesta hora amb la local i trobar així la longitud, encara que aquest problema era inassumible per als rellotges de l'època. No va ser fins el segle XVII que es van crear rellotges de pèndol amb una precisió suficient, encara que en els viatges marins aquests pèndols eren perjudicats pel moviment de les ones, i va ser Huygens el primer a patentar el moll espiral per als rellotges, de forma que els rellotges produïts eren més estables front a les vibracions.

El KERS a la Fórmula 1

El KERS (Kinetic Energy Recovery System) és un dispositiu de recuperació d'energia basat en mètodes mecànics, elèctrics o pneumàtics per tal d'emmagatzemar l'energia que habitualment s'allibera al medi i es perd en forma de calor i poder retornar-la en forma de treball útil, de tal forma que es permet una millor eficiència energètica.

Si analitzem el mode de funcionament d'un automòbil, veurem que només una petita part de l'energia química que adquirim a través del carburant es destina a fer moure el conjunt, i la gran majoria de l'energia es perd bé en forma de calor, bé en fregament entre les distintes parts mòbils. Aquestes pèrdues s'estimen en un 80-85% de l'energia química original, i, com es pot apreciar, redueixen l'eficiència energètica del vehicle, augmentant el consum i el cost associat a la seva operació. Si en un vehicle d'aquestes característiques s'implementa un sistema de recuperació d'energia es pot augmentar l'eficiència i reduir el consum, simplement perquè s'està aprofitant una part de l'energia que abans es perdia en forma de transferència de calor a l'entorn.

La gran majoria dels sistemes de frenatge regeneratiu aprofiten la propietat dels motors elèctrics per funcionar com a generadors si se'ls aplica un moment suficient, de tal manera que l'energia elèctrica produida es pot emmagatzemar i pot ser aplicada posteriorment a voluntat del conductor del vehicle a través del motor que l'ha generada, ja que quan un motor elèctric funciona com a generador introdueix una càrrega sobre l'eix, i aquesta càrrega pot ser aprofitada per decelerar el moviment del automòbil mentre es recarreguen les bateries. Aquest és el sistema utilitzat pels cotxes híbrids:No obstant això, alguns sistemes de frenatge regeneratiu utilitzen volants d'inèrcia per emmagatzemar l'energia de frenada en forma d'energia cinètica de rotació. L'inconvenient d'aquests sistemes és el pes que introdueixen, ja que per emmagatzemar grans quantitats d'energia es necessiten grans quantitats de massa. A més a més introdueix certes forces no desitjables, que poden ajudar a desequilibrar el vehicle en certes condicions. Ací teniu una foto del sistema mecànic aplicat per algunes escuderies:
Pel que fa al KERS aplicat a la Fórmula 1 existeixen certes restriccions en quant a l'energia màxima que el sistema és capaç d'emmagatzemar, que s'estableix en 300 kJ, per tal de donar una potència extra màxima d'uns 60 cavalls durant uns 6 segons, i el màxim d'alliberament d'energia per volta, fixat en 400 kJ. Actualment l'efecte del KERS és minoritari, ja que la potència dels cotxes està entorn dels 750-800 cavalls, però la legislació dels anys vinents farà que la potència del motor quede limitada a 400 cavalls, i possiblement el límit d'aquest sistema es modifique per tal de representar una fracció important de la potència total.

El debat actualment està en la utilitat del sistema, ja que algunes escuderies opinen que agrega massa pes al cotxe en comparació amb l'avantatge que puga donar en la pista, ja que la major massa del vehicle penalitza d'una manera considerable en aquest esport, on la més mínima variació pot marcar la diferència entre vèncer i ésser vençut. No obstant això l'aplicació d'aquest sistema als vehicles comuns podria ser interessant des del punt de vista energètic, ja que permetria rendiments elevats i baixos costos d'operació.