“El científico no estudia la naturaleza porque sea útil, la estudia porque se deleita en ella, y se deleita en ella porque es hermosa. Si la naturaleza no fuera bella, no valdría la pena conocerla, y si no ameritara saber de ella, no valdría la pena vivir la vida.” ~Henry Poincaré
Para explicar cómo viajan las ondas electromagnéticas, haremos un ejercicio muy entretenido. Sin embargo, antes haremos una mini clase de Física, para refrescar la memoria sobre algunos conceptos que es importante manejar para entender el viaje de las ondas en una red inalámbrica.
Vamos a ello:
-Supongamos que hay diferentes tipos de "olas" (estas son las llamadas ondas) que podemos encontrar a nuestro alrededor. Algunas de estas son especiales porque no podemos verlas, pero podemos sentirlas o escucharlas. Existen diversos tipos de estas:
-
Existen las "olas de sonido" (ondas sonoras). Puedes cerrar los ojos e imaginar que alguien está tocando una campana muy lejos. El sonido que escuchas viaja en pequeñas ondas por el aire hasta tus oídos, y eso es una onda de sonido. De manera similar, las “olas de los sismos” (conocidas como ondas sísmicas) se generan por la liberación de energía en el interior de la Tierra, ya sea por terremotos o explosiones.
Finalmente, cuando estamos en la playa y vemos cómo el agua sube y baja, eso es una "ola de agua" (onda de agua). Es como si el agua estuviera bailando y moviéndose. Estas olas se generan debido a la perturbación del agua, como el viento o un objeto que cae en la superficie. Las ondas de agua pueden ser observadas en océanos, lagos, ríos y piscinas. Todas forman parte del conjunto de las ondas mecánicas, ya que necesitan un medio material para propagarse y transmiten energía a través del movimiento (de la vibración) de las partículas del medio.
-
Existen algunas "olas fantasmas" que no podemos ver ni sentir, pero que son muy útiles. Se llaman ondas de radio. Piensa en la radio o en la música que escuchas en el auto. Estas ondas viajan por el aire y llegan a tu dispositivo, permitiéndote escuchar tus canciones favoritas. Además, existen otras muy especiales llamadas "olas de luz"(ondas de luz visible). Cuando ves el sol brillando en el cielo o una lámpara iluminando una habitación, eso es una onda de luz. Estas nos permiten ver el mundo a nuestro alrededor y los colores que nos rodean. Ambas (junto con las ondas de baja y radiofrecuencia, microondas, infrarrojas, ultravioletas, rayos X y rayos Gamma) forman parte del equipo de las ondas electromagnéticas, porque se propagan a través de campos eléctricos y magnéticos y no requieren un medio material como las mecánicas. Estas ondas son generadas por cargas eléctricas en movimiento y se desplazan a la velocidad de la luz.
De todas las ondas que revisamos anteriormente, nos quedaremos con las ondas electromagnéticas para realizar este viaje, pues en el caso de la red inalámbrica, estas son las que permiten la transmisión de datos a través del aire, lo que hace posible la conexión sin cables. Revisemos algunas características un poquito más complejas:
-Las únicas ondas que se pueden propagar por el vacío son las ondas electromagnéticas.
-Ni las cargas que no se mueven ni las corrientes estables pueden producir ondas electromagnéticas. Para que se genere una onda electromagnética se necesita que haya un cambio rápido en la distribución de cargas eléctricas. Cuando una carga eléctrica se acelera o cambia de velocidad, se producen perturbaciones en los campos eléctrico y magnético que se propagan a través del espacio en forma de ondas electromagnéticas. Las cargas que no se mueven no producen las perturbaciones necesarias para la formación de ondas electromagnéticas.
-Las ondas electromagnéticas trasportan energía y movimiento, debido a la interacción entre los campos eléctrico y magnético que las componen. Estos campos oscilan y realizan trabajo sobre las partículas cargadas en su camino, transfiriendo energía a medida que se propagan a través del espacio.
-La energía transportada por las ondas electromagnéticas se propaga a la velocidad de la luz. Esto significa que puede transmitirse rápidamente a través del espacio y ser absorbida por materiales o detectada por dispositivos receptores.
-La ondas electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz.
-La velocidad de la luz es de 299.792.458 metros por segundo, que se suelen redondear en 300.000 kilómetros por segundo.
-La frecuencia de onda es el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier proceso periódico. De manera más sencilla, la imagen muestra un gráfico en el que se observa un ciclo que se repite en un segundo (representado por un dibujo de un cerrito). Cada ciclo representa 1 Hertz.
-Cuando la frecuencia es más alta (hay más cerritos dibujados por segundo), se pueden transferir más datos, pero la propagación de la onda se ve disminuida. Las ondas electromagnéticas pueden experimentar una mayor absorción por diferentes materiales, como el aire, objetos sólidos o incluso la atmósfera terrestre. También pueden sufrir dispersión, lo que significa que la onda se desvía en diferentes direcciones, lo que puede resultar en una reducción del alcance efectivo de la onda. Además, la capacidad de difracción disminuye a frecuencias más altas. La difracción es el fenómeno en el cual una onda electromagnética se curva o rodea obstáculos cuando encuentra una abertura o borde. A frecuencias más altas, las ondas electromagnéticas tienden a propagarse en línea recta y no se doblan fácilmente alrededor de obstáculos.
-La longitud de onda se mide en múltiplos o submúltiplos del metro (centímetros, metros e incluso kilómetros). Una onda de un ciclo tiene una longitud de 300.000 km por segundo. Si hay dos ciclos (dos cerritos) la longitud de onda será de 150.000 km por segundo.
-Si en un segundo, tenemos 1 Hz la longitud de onda sería de 300.000 km por segundo.
Ahora ya estamos preparados para el viaje, empecemos:
Imaginaremos que las ondas son como pequeños fantasmas que pueden volar por el aire. Estos son muy rápidos y pueden llevar mensajes de un lugar a otro sin necesidad de cables.
Cuando queremos enviar información, como una imagen o un mensaje, los fantasmitas la convierten en algo mágico llamado señales eléctricas. Estas señales son como dibujos secretos que solo nuestros amigos pueden entender.
Luego, nuestros fantasmas llevan esas señales eléctricas en sus manos y las envían volando por el aire. Las ondas que crean son como olas que se mueven y se extienden en todas las direcciones.
En el otro extremo, otro equipo de fantasmas está esperando para atrapar esas ondas. Cuando las atrapan, las convierten nuevamente en señales eléctricas. ¡Es como si hablaran el mismo idioma secreto!
Después de eso, pueden mostrar la imagen en una pantalla o hacer sonar música en un altavoz, llevando la información a los dispositivos para que podamos ver películas y escuchar música.
A veces, si estamos muy lejos de los fantasmas, puede ser difícil que nos escuchen. También, si hay cosas en el camino, como paredes o muebles, las ondas pueden tener problemas para viajar. Por eso, es importante estar cerca de ellos y asegurarnos de que no haya cosas bloqueando su camino.
¡Y así es como viajan las ondas y nos ayudan a enviar información sin necesidad de cables!
Escrito por: Katherine Hernández Gaete.
Diseño: Valentina Núñez Grandón.
FUENTE: Serway, R. A., & Jewett Jr., J. W. (2009). Física para ciencias e ingeniería con Física Moderna. (7ª ed., Vol. 2). México D.F.: Cengage.