Klíčové pojmy
Fyzika
Rádiové vlny
Elektřina
Elektromagnetismus
Bezdrátová komunikace
Úvod
Přemýšleli jste někdy nad tím, jak může rádio přijímat hudbu a zpravodajské relace vzduchem? Rádia, stejně jako rádiem řízená auta a mobilní telefony, přijímají informace prostřednictvím neviditelných vln. Některé z těchto vln se nazývají rádiové vlny.
Rádiové vlny jsou druhem elektromagnetického záření, což je druh energie, který zahrnuje i viditelné světlo. Rádiové vlny nejsou škodlivé, ale ve skutečnosti jsou velmi užitečné pro komunikaci na velké vzdálenosti. Při odesílání informací pomocí rádiových vln vysílací anténa vyšle rádiovou vlnu o určité frekvenci (což nám může říci velikost vlny) a ta je zachycena přijímací anténou. Některé materiály mohou rádiové vlny blokovat nebo rušit. Všimli jste si někdy, že když vjedete do tunelu nebo podzemní garáže, ztratí se příjem autorádia nebo mobilního telefonu? Které materiály blokují rádiové vlny a které naopak umožňují jejich snadný průchod?
Základní informace
Vysílací anténa neboli vysílač generuje a vysílá rádiové vlny díky určitému elektrickému proudu. To je možné, protože uvnitř vysílačů jsou vodiče, které umožňují průchod záporně nabitých částic, tzv. elektronů, čímž vzniká elektrický proud. Když proud teče uvnitř vodiče, vytváří kolem něj elektromagnetické pole. Toto elektromagnetické pole vyzařuje z antény do všech směrů a vytváří neviditelné rádiové vlny.
Když elektromagnetické rádiové vlny dopadnou na přijímací anténu neboli přijímač, například rádio, vytvoří uvnitř drátu v přijímači proud. (Opačný proces, než jaký se odehrál ve vysílači, když proud nejprve vytvořil elektromagnetické pole.) Přijímač pak tento proud zpracuje zpět na vysílanou informaci, která v případě rádia umožňuje poslouchat hudbu nebo jiné vysílání. Některé materiály mohou blokovat rádiové vlny, které vysílač generuje, což lze vyzkoušet tak, že se zjistí, zda přijímač dokáže zpracovat a reagovat na informace vysílané vysílačem.
Materiály
– Rádiem řízené autíčko a odpovídající dálkové ovládání (obojí s funkčními bateriemi)
– Bavlna (například kus oděvu z bavlny)
– Hliníková fólie
– Plastový obal
– Voskový papír
– Gumová rukavice
– Hladký, široký otevřený prostor pro testování rádiem řízeného autíčka
Příprava
– Nejprve zkontrolujte rádiem řízené autíčko a jeho dálkové ovládání, zda mají obě čerstvé baterie. Zkontrolujte, zda autíčko dobře jezdí na otevřeném prostoru, který budete používat.
– Ujistěte se, že máte dostatek každého materiálu, který chcete testovat (vatu, hliníkovou fólii, plastovou fólii, voskový papír a gumovou rukavici), abyste zcela zakryli dálkové ovládání RC auta. Každý obal by měl být dostatečně volný, abyste přes něj mohli stále ovládat tlačítka dálkového ovládání.
Postup
– Zabalte dálkové ovládání do bavlny. Ujistěte se, že je dálkový ovladač zcela a bezpečně zakrytý tak, aby v obalu nebyly žádné otvory nebo díry, a že je zakrytý dostatečně volně, abyste přes něj stále mohli ovládat ovládací prvky.
– Zkuste ovládat rádiem řízené auto pomocí dálkového ovladače zakrytého bavlnou. Funguje? Pohybuje se autíčko vůbec?“
– Odstraňte z dálkového ovládání testovaný materiál. Vyzkoušejte, zda autíčko funguje i tehdy, když není pokryto žádným materiálem.
– Opakujte tento postup s použitím každého jiného materiálu zvlášť. U kterých materiálů autíčko stále funguje a u kterých nefunguje? Proč si myslíte, že tomu tak je?
– Extra: Jsou bezdrátové signály vysílané jinými zařízeními blokovány stejným materiálem nebo materiály, o kterých jste zjistili, že mohou blokovat signály z dálkového ovládání v této aktivitě? Tuto aktivitu můžete zkusit znovu, ale s použitím jiných zařízení s dálkovým ovládáním, například dálkového ovladače televizoru nebo stereofonního systému. Jak reagují různá bezdrátová zařízení? Myslíte si, že používají podobné nebo různé typy vln?
– Extra: Musíte dálkové ovládání rádiem řízeného auta zcela zakrýt, abyste zablokovali jeho signál? Použijte materiál(y), který(é) jste našli k zablokování signálů z dálkového ovladače do rádiem řízeného auta, zcela zakryjte dálkový ovladač, jak jste to původně udělali v této aktivitě, a pak pomalu odstraňte kryt z dálkového ovladače, zatímco se snažíte ovládat auto. Jak velký kryt je potřeba k zablokování signálu? Je pro zablokování signálu důležitější zakrýt některé části dálkového ovladače?
Pozorování a výsledky
Zabránilo zakrytí dálkového ovladače k rádiem řízenému autíčku alobalem fungování rádiem řízeného autíčka? Zabránil autíčku v činnosti některý z dalších testovaných materiálů?
Při ovládání autíčka pomocí dálkového ovladače vysílá dálkový ovladač rádiové vlny o specifických frekvencích, které může autíčko přijímat. Dálkové ovládání funguje jako vysílač a automobil jako přijímač. Když pak auto přijímá rádiové vlny, což jsou elektromagnetické vlny, vytvářejí tyto vlny proud v drátu v autě a ten říká autu, kterým směrem se má pohybovat. V závislosti na tloušťce a složení materiálu může tento materiál blokovat – nebo rušit – rádiové vlny. Tenké plastové obaly, voskový papír, bavlna a guma pravděpodobně nebudou rádiové vlny rušit. Hliníková fólie a další elektricky vodivé kovy, například měď, však mohou rádiové vlny odrážet a pohlcovat, a v důsledku toho rušit jejich přenos. Umístění vysílače nebo přijímače do zcela uzavřené nádoby z vysoce vodivého kovu, jak bylo provedeno v této aktivitě, je nejúčinnějším způsobem rušení rádiových vln.
Další zkoumání
„Rádiové vlny lokalizují vodu ve stěnách“ z časopisu Scientific American
A Science Odyssey: Radio Transmission“ z PBS Online
„Blokování rádiových vln“ z Newton: Ptejte se vědce
Co jsou elektromagnetická pole? od Světové zdravotnické organizace
Blokátory rádiových vln od Science Buddies
Tuto aktivitu vám přinášíme ve spolupráci s Science Buddies
.