Concetti chiave
Fisica
Onde radio
Elettricità
Elettromagnetismo
Comunicazione senza fili
Introduzione
Ti sei mai chiesto come fa una radio a ricevere musica e notizie dal nulla? Le radio, così come le auto radiocomandate e i telefoni cellulari, ricevono tutte le informazioni tramite onde invisibili. Alcune di queste onde sono chiamate onde radio.
Le onde radio sono un tipo di radiazione elettromagnetica, un tipo di energia che comprende anche la luce visibile. Le onde radio non sono dannose, ma sono in realtà estremamente utili per comunicare su lunghe distanze. Per inviare informazioni usando le onde radio, un’antenna trasmittente invia un’onda radio ad una certa frequenza (che può dirci la dimensione dell’onda), e questa viene raccolta da un’antenna ricevente. Alcuni materiali possono bloccare o interferire con le onde radio. Hai mai notato che perdi la ricezione dell’autoradio o del telefono cellulare quando entri in un tunnel o in un parcheggio sotterraneo? Quali materiali bloccano le onde radio e quali permettono alle onde di passare facilmente?
Sfondo
Un’antenna trasmittente, o trasmettitore, genera e invia onde radio grazie a una specifica corrente elettrica. Questo è possibile perché all’interno dei trasmettitori ci sono dei fili che permettono alle particelle caricate negativamente, chiamate elettroni, di scorrere attraverso di essi, il che crea una corrente elettrica. Quando la corrente scorre all’interno di un filo, genera un campo elettromagnetico intorno al filo. Questo campo elettromagnetico si irradia dall’antenna in tutte le direzioni, creando onde radio invisibili.
Quando le onde radio elettromagnetiche colpiscono un’antenna ricevente, o ricevitore, come una radio, genera una corrente all’interno di un filo nel ricevitore. (Il processo inverso a quello che è successo nel trasmettitore quando la corrente ha generato il campo elettromagnetico in primo luogo). Il ricevitore poi elabora la corrente di nuovo in informazioni trasmesse, che, per una radio, permette di sentire la musica o altre trasmissioni. Alcuni materiali possono bloccare le onde radio che il trasmettitore genera, il che può essere testato vedendo se un ricevitore può elaborare e rispondere alle informazioni inviate da un trasmettitore.
Materiali
– Auto radiocomandata e relativo telecomando (entrambi con batterie funzionanti)
– Cotone (come un capo d’abbigliamento di cotone)
– Foglio di alluminio
– Pellicola di plastica
– Carta oleata
– Guanto di gomma
– Uno spazio ampio e liscio per testare l’auto radiocomandata
Preparazione
– Prima controlla l’auto radiocomandata e il suo telecomando per assicurarti che entrambi abbiano batterie nuove. Controlla che l’auto funzioni bene sullo spazio aperto che userai.
– Assicurati di avere abbastanza di ogni materiale che vuoi testare (il cotone, il foglio di alluminio, la pellicola di plastica, la carta oleata e il guanto di gomma) per coprire completamente il telecomando dell’auto RC. Ogni copertura dovrebbe essere sufficientemente larga in modo da poter ancora azionare i pulsanti del telecomando attraverso di essa.
Procedura
– Avvolgere il telecomando nel cotone. Assicuratevi che il telecomando sia completamente e saldamente coperto in modo che non ci siano aperture o buchi nella copertura, e che sia coperto abbastanza largo in modo che possiate ancora azionare i controlli.
– Provate a far funzionare l’auto radiocomandata usando il telecomando ricoperto di cotone. Funziona? La macchina si muove?
– Rimuovere il materiale testato dal telecomando. Testate per assicurarvi che l’auto funzioni ancora quando non è coperta da alcun materiale.
– Ripetete questo processo usando ogni materiale diverso separatamente. Per quali materiali la macchina funziona ancora e per quali materiali non funziona? Perché pensi che sia così?
– Extra: I segnali wireless trasmessi da altri dispositivi sono bloccati dallo stesso materiale(i) che hai trovato che potrebbe bloccare i segnali del telecomando in questa attività? Puoi riprovare questa attività ma usando altri dispositivi di controllo remoto, come il telecomando della TV o dello stereo. Come rispondono i diversi dispositivi wireless? Pensi che usino tipi di onde simili o diversi?
– Extra: Hai bisogno di coprire completamente il telecomando dell’auto radiocomandata per bloccarne il segnale? Usando il materiale(i) che hai trovato per bloccare i segnali dal telecomando all’auto radiocomandata, copri completamente il telecomando come hai fatto inizialmente in questa attività, e poi rimuovi lentamente la copertura dal telecomando mentre cerchi di far funzionare l’auto. Quanta copertura è necessaria per bloccare il segnale? Alcune parti del telecomando sono più importanti da coprire per bloccare il segnale?
Osservazioni e risultati
Coprire il telecomando della macchina radiocomandata con un foglio di alluminio ha impedito alla macchina radiocomandata di funzionare? Qualcuno degli altri materiali testati ha fermato l’auto?
Quando si aziona l’auto con il suo telecomando, il telecomando trasmette onde radio a frequenze specifiche che possono essere ricevute dall’auto. Il telecomando agisce come un trasmettitore e l’auto come un ricevitore. Quindi, quando l’auto riceve le onde radio, che sono onde elettromagnetiche, le onde generano una corrente in un filo nell’auto, e questo dice all’auto in quale direzione muoversi. A seconda dello spessore e della composizione di un materiale, potrebbe bloccare o interferire con le onde radio. Sottili quantità di pellicola di plastica, carta oleata, cotone e gomma non interferiscono con le onde radio. Tuttavia, il foglio di alluminio, e altri metalli elettricamente conduttivi come il rame, possono riflettere e assorbire le onde radio e di conseguenza interferire con la loro trasmissione. Posizionare il trasmettitore o il ricevitore in un contenitore completamente chiuso fatto di metallo altamente conduttivo, come è stato fatto in questa attività, è il modo più efficiente per interferire con le onde radio.
Altro da esplorare
“Le onde radio localizzano l’acqua all’interno dei muri” da Scientific American
A Science Odyssey: Trasmissione radio da PBS Online
Blocking Radio Waves da Newton: Ask A Scientist
Che cosa sono i campi elettromagnetici? dall’Organizzazione Mondiale della Sanità
Bloccatori di onde da Science Buddies
Questa attività vi è stata proposta in collaborazione con Science Buddies