dijous, 16 de maig del 2013

¿Por qué si toco la antena capto mejor la señal y se escucha mejor?


¿Por qué si toco la antena capto mejor la señal?



Esta es una pregunta que todos nos hemos hecho alguna vez. Tocamos una antena y de repente la televisión se ve mejor o la radio deja de tener ese molesto ruido de fondo.

Para entender este superpoder que nos confiere la física debemos entender primero que son las señales que recibimos y como funciona el mecanismo para recibir dichas señales.

La señal de televisión o de radio que nosotros captamos son ondas electromagnéticas (como los rayos X de las radiografías) pero con muchísima menos energía. Estas ondas se transmiten a través de la atmósfera a la velocidad de la luz en el aire y son lo que nosotros intentaremos captar. Una propiedad de las ondas electromagnéticas es que si se encuentran una partícula cargada en su camino pueden ejercer una fuerza sobre ella.

Por otro lado, una antena no es más que un filamento/estructura metálica. Su composición metálica hace que sean buenas conductoras de la electricidad y por lo tanto que tengan muchos electrones libres. Cuando una onda electromagnética pase por la antena hará una fuerza sobre esos electrones y aparecerá una corriente eléctrica en la estructura (recordemos que la electricidad no es más que un flujo de electrones) y el aparato la detectará. Interpretando como varia este voltaje con el tiempo nuestro aparato traducirá esa información a ondas sonoras/imágenes que nosotros podremos recibir.

Es necesario decir que las antenas ya se diseñan para recibir ciertas ondas electromagnética sen función de lo que llamamos longitud de onda, que no es más que la distancia entre dos puntos iguales de la onda consecutivos, como se observa en la siguiente imagen:




Si no hubiese este sesgo de longitudes de onda y nuestras antenas captaran todas las ondas electromagnéticas del ambiente sería imposible obtener una imagen coherente. Toca tener en cuenta que incluso la corriente de casa induce un campo electromagnético, así que todas esas influencias las hemos de desechar.

Y una vez expuesto todo esto, ¿a que viene que si toco la antena mejora la señal?

Nuestro cuerpo, aunque en menor medida que una antena, también es conductor. Así, aunque gran parte de la señal no tiene efecto sobre nuestros electrones sí que les produce un pequeño vaivén. Al tocar la antena aportamos un poco de corriente extra provocada por la misma onda que ya está recibiendo, las señales se suman y el aparato recibe más claramente la información.

Parece magia, ¡pero no! Espero que haya quedado clara un poco lo que sería la base de este hecho tan cotidiano.


También pasa que a veces solo con acercarnos a la antena la señal mejora. La explicación a este otro fenómeno es más compleja, pero si resumiéramos su base en un párrafo diría lo siguiente:

Nuestro cuerpo tiene las dimensiones adecuadas para que la onda se vea afectada por nuestra presencia. Entonces, al actuar de obstáculo crearemos interferencias (por la difracción de la onda) y a la vez actuaremos de emisor. En función de nuestra posición y como interferimos con las señales que llegan a la radio el resultado puede variar abarcando desde una mejora sustancial de la señal (reforzamos la señal) hasta volverla peor (destruimos o distorsionamos la señal).

Como curiosidad final, ¿habéis visto la nieve que sale cuando tu televisor no está bien conectado o no recibe bien la señal? Pues parte de ese ruido es lo que queda de la radiación electromagnética originada por el Big Bang. Esto significa que has visto por televisión en vivo y en directo una prueba de la existencia de esa expansión inicial del universo. Espectacular, ¿no?

dijous, 18 d’abril del 2013

¿Por qué el cielo es azul durante el día? ¿Por qué es rojo al amanecer/anochecer?



Para entender este hecho, debemospartir de que la luz del sol contiene todos los colores del espectrovisible. Así, como primera explicación simplificada de por quémotivo el cielo presenta un color azul característico, diríamosque:


-La luz azul al penetrar en laatmósfera se dispersa en todas las direcciones, llegándonos así alos ojos desde todos los ángulos que forman la bóveda del cielo.

-Los demás colores al entrar en laatmósfera siguen prácticamente rectos y solo son parcialmentevisibles si miramos hacia el sol, ya que se han desviado poco delcamino entre su fuente y nosotros.

-En las horas límite(anochecer/amanecer) el azul se encuentra demasiado disperso y ahorael color predominante es el rojo.



Si queréis ver más en detalle estefenómeno, veremos un poco más físicamente qué esta pasando:


Primero introduciremos qué es ladispersión de Raylegh: Es la dispersión de una ondaelectromagnética (como la luz) por la presencia de partículas de untamaño inferior a su longitud de onda en su recorrido.

¿Donde se da este fenómeno? En lascapas más altas de la atmósfera, cuando el aire está másenrarecido y la luz se encuentra en un medio inhomogenio poblado departículas cuyo tamaño es, claramente, inferior a su longitud deonda. Cabe destacar que éste fenómeno solo se da en las capasmás altas de la atmósfera pues al disminuir la distancia con lasuperficie terrestre el aire se vuelve más denso y uniforme, siendoasí un medio mucho menos dispersivo.

Podemos pensarlo como un rayo de luzque al entrar en contacto con el aire se desdobla en un haz que cadavez se dispersa más y el mismo rayo, con menos longitudes de onda,que sigue recto.

Si ahora queremos ver por qué la luzque se dispersa es la azul y no cualquier otra, hemos de echar manode la sección transversal de la dispersión de Rayleigh, que tienela siguiente forma:

Este coeficiente nos dice cuan dispersado es un rayo de luz enfunción del diámetro de las partículas (d), el índice derefracción de cada partícula (n) y la longitud de onda de la luz(λ).



Si dentro de la fórmula nos fijamos en la dependencia entre ladispersión y la longitud de onda veremos que son inversamenteproporcionales y además que λviene elevada a la cuarta, haciendo esta dependencia inversa muchomás fuerte. ¿Que significa todo esto? Pues que a menor longitud deonda, los efectos de la dispersión serán mucho mayores.



Aplicando todo esto a la luz solar, es fácil ver que del espectrovisible el color azul (con una menor longitud de onda) será el quesufrirá una mayor dispersión, creando una especie de baño defotones azules en la atmósfera que es lo que nosotros vemos.



Finalmente, podemos dar una explicación también al color rojo delos amaneceres y las puestas de sol: Al encontrarse en esas dossituaciones el sol sobre nuestro horizonte, el recorrido de la luz através de la atmósfera es mucho mayor que durante el día. Por estemotivo, la luz azul se dispersa tanto que ya casi no la podemos ver,siendo entonces la luz roja/anaranjada la única que podrá llegar anuestros ojos.



Recordar, ya para acabar, que el color rojo es el que tiene unalongitud de onda más grande del espectro visible y es por estemotivo que le cuesta más dispersarse.