Concepte cheie
Fizică
Unde radio
Electricitate
Electromagnetism
Comunicare fără fir
Introducere
S-ați întrebat vreodată cum poate un aparat de radio să recepționeze muzică și emisiuni de știri prin aer? Radiourile, precum și mașinile radiocomandate și telefoanele mobile, toate primesc informații prin intermediul undelor invizibile. Unele dintre aceste unde se numesc unde radio.
Undele radio sunt un tip de radiație electromagnetică, un tip de energie care include și lumina vizibilă. Undele radio nu sunt dăunătoare, ci sunt, de fapt, extrem de utile pentru a comunica pe distanțe mari. Pentru a trimite informații cu ajutorul undelor radio, o antenă de emisie trimite o undă radio la o anumită frecvență (ceea ce ne poate indica mărimea undei), iar aceasta este captată de o antenă de recepție. Unele materiale pot bloca sau interfera cu undele radio. Ați observat vreodată că pierdeți recepția la radioul auto sau la telefonul mobil atunci când intrați într-un tunel sau într-o parcare subterană? Care sunt materialele care blochează undele radio și care sunt cele care permit undelor să treacă cu ușurință?
Context
O antenă de emisie, sau emițător, generează și trimite unde radio datorită unui curent electric specific. Acest lucru este posibil deoarece în interiorul emițătoarelor se află fire care permit particulelor încărcate negativ, numite electroni, să treacă prin ele, ceea ce creează un curent electric. Atunci când curentul circulă în interiorul unui fir, acesta generează un câmp electromagnetic în jurul firului. Acest câmp electromagnetic radiază din antenă în toate direcțiile, creând unde radio invizibile.
Când undele radio electromagnetice ating o antenă de recepție, sau un receptor, cum ar fi un radio, ele generează un curent în interiorul unui fir din receptor. (Procesul invers a ceea ce s-a întâmplat în emițător când curentul a generat câmpul electromagnetic în primul rând). Receptorul procesează apoi curentul înapoi în informația transmisă, ceea ce, în cazul unui radio, vă permite să auziți muzică sau alte emisiuni. Unele materiale pot bloca undele radio pe care le generează emițătorul, ceea ce poate fi testat văzând dacă un receptor poate procesa și răspunde la informațiile trimise de un emițător.
Materiale
– Mașina radiocomandată și telecomanda aferentă (ambele cu baterii funcționale)
– Bumbac (cum ar fi o piesă de îmbrăcăminte din bumbac)
– Folie de aluminiu
– Folie de plastic
– Hârtie de ceară
– Mănușă de cauciuc
– Un spațiu neted, larg și deschis pentru a testa mașina radiocomandată
Pregătire
– Verificați mai întâi mașina radiocomandată și telecomanda aferentă pentru a vă asigura că ambele au baterii proaspete. Verificați dacă mașina funcționează bine pe spațiul deschis pe care îl veți folosi.
– Asigurați-vă că aveți suficient din fiecare material pe care doriți să îl testați (bumbacul, folia de aluminiu, folia de plastic, hârtia de ceară și mănușa de cauciuc) pentru a acoperi complet telecomanda mașinii RC. Fiecare înveliș trebuie să fie suficient de lejer, astfel încât să puteți încă acționa butoanele telecomenzii prin el.
Procedură
– Înfășurați telecomanda în bumbac. Asigurați-vă că telecomanda este acoperită complet și sigur, astfel încât să nu existe deschideri sau găuri în înveliș și că este acoperită suficient de lejer pentru a putea încă acționa comenzile.
– Încercați să acționați mașina radiocomandată folosind telecomanda acoperită cu bumbac. Funcționează? Se mișcă deloc mașina?
– Îndepărtați materialul testat de pe telecomandă. Testați pentru a vă asigura că mașina funcționează în continuare atunci când nu este acoperită cu niciun material.
– Repetați acest proces folosind fiecare material diferit separat. Pentru care materiale funcționează în continuare mașina și pentru care materiale nu funcționează mașina? De ce credeți că se întâmplă acest lucru?
– Extra: Sunt semnalele fără fir transmise de alte dispozitive blocate de același material (sau materiale) care ați constatat că ar putea bloca semnalele de la telecomandă în această activitate? Puteți încerca din nou această activitate, dar folosind alte dispozitive de telecomandă, cum ar fi telecomanda televizorului sau a sistemului stereo. Cum răspund diferitele dispozitive fără fir? Credeți că acestea folosesc tipuri de unde similare sau diferite?
– Extra: Trebuie să acoperiți complet telecomanda mașinii radiocomandate pentru a-i bloca semnalul? Folosind materialul sau materialele pe care le-ați găsit pentru a bloca semnalele de la telecomandă la mașina radiocomandată, acoperiți complet telecomanda, așa cum ați făcut inițial în această activitate, apoi îndepărtați încet acoperirea de pe telecomandă în timp ce încercați să acționați mașina. Cât de multă acoperire este necesară pentru a bloca semnalul? Sunt unele părți ale telecomenzii mai importante de acoperit pentru a bloca semnalul?
Observații și rezultate
Acoperirea telecomenzii mașinii radiocomandate cu folie de aluminiu a împiedicat mașina radiocomandată să funcționeze? A oprit vreunul dintre celelalte materiale testate mașina?
Când acționați mașina cu ajutorul telecomenzii, telecomanda transmite unde radio la frecvențe specifice care pot fi recepționate de mașină. Telecomanda acționează ca un emițător, iar mașina ca un receptor. Apoi, atunci când mașina primește undele radio, care sunt unde electromagnetice, undele generează un curent într-un fir din mașină, iar acesta îi spune mașinii în ce direcție să se deplaseze. În funcție de grosimea și compoziția unui material, acesta poate bloca – sau interfera cu – undele radio. Cantitățile subțiri de folie de plastic, hârtie cerată, bumbac și cauciuc nu sunt susceptibile de a interfera cu undele radio. Cu toate acestea, folia de aluminiu și alte metale conductoare de electricitate, cum ar fi cuprul, pot reflecta și absorbi undele radio și, în consecință, interferează cu transmiterea acestora. Plasarea emițătorului sau a receptorului într-un recipient complet închis din metal foarte conductiv, așa cum s-a făcut în această activitate, este cel mai eficient mod de a interfera cu undele radio.
Mai multe de explorat
„Radio Waves Locate Water within Walls” din Scientific American
A Science Odyssey: Radio Transmission de la PBS Online
Blocking Radio Waves de la Newton: Ask A Scientist
Ce sunt câmpurile electromagnetice? de la Organizația Mondială a Sănătății
Wave Blockers de la Science Buddies
Acestă activitate vă este oferită în parteneriat cu Science Buddies
.