El especialista en operaciones de 2a clase Gilbert Lundgren opera equipos de radar en el centro de información de combate del USS Carney. Foto cortesía del Departamento de Defensa. El radar es algo que se utiliza a nuestro alrededor, aunque normalmente es invisible. El control del tráfico aéreo utiliza un radar para rastrear aviones tanto en tierra como en el aire, y también para guiar aviones para aterrizajes suaves. La policía usa un radar para detectar la velocidad de los automovilistas que pasan. La NASA usa un radar para mapear la Tierra y otros planetas, para rastrear satélites y desechos espaciales y para ayudar con cosas como atraque y maniobras. Los militares lo usan para detectar al enemigo y guiar armas.
Los meteorólogos usan el radar para rastrear tormentas, huracanes y tornados. ¡Incluso ves una forma de radar en muchas tiendas de comestibles cuando las puertas se abren automáticamente! Obviamente, El radar es una tecnología extremadamente útil.
Cuando la gente usa el radar, Por lo general, intentan lograr una de estas tres cosas:
Estas tres actividades se pueden lograr utilizando dos cosas con las que puede estar familiarizado en la vida cotidiana: eco y desplazamiento Doppler . Estos dos conceptos son fáciles de entender en el ámbito del sonido porque sus oídos escuchan el eco y el cambio Doppler todos los días. El radar utiliza las mismas técnicas utilizando ondas de radio.
En este articulo, Descubriremos los secretos del radar. Echemos un vistazo al sonido versión primero, ya que ya está familiarizado con este concepto.
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Eco es algo que experimentas todo el tiempo. Si gritas en un pozo o en un cañón, el eco vuelve un momento después. El eco se produce porque algunas de las ondas sonoras de su grito se reflejan en una superficie (ya sea el agua en el fondo del pozo o la pared del cañón en el lado opuesto) y viajan de regreso a sus oídos. El período de tiempo entre el momento en que grita y el momento en que escucha el eco está determinado por la distancia entre usted y la superficie que crea el eco.
Calcular la profundidad con eco
Cuando gritas en un pozo el sonido de su grito viaja por el pozo y se refleja (hace eco) en la superficie del agua en el fondo del pozo. Si mide el tiempo que tarda el eco en volver y si conoce la velocidad del sonido, puede calcular la profundidad del pozo con bastante precisión.
Cambio Doppler:la persona detrás del automóvil escucha un tono más bajo que el conductor porque el automóvil se está alejando. La persona que está delante del automóvil escucha un tono más alto que el del conductor porque el automóvil se acerca. desplazamiento Doppler también es común. Probablemente lo experimente a diario (a menudo sin darse cuenta). El desplazamiento Doppler ocurre cuando el sonido es generado por, o reflejado en, un objeto en movimiento. El cambio Doppler en el extremo crea explosiones sónicas (vea abajo). A continuación se explica cómo comprender el desplazamiento Doppler (es posible que también desee probar este experimento en un estacionamiento vacío). Digamos que hay un automóvil que viene hacia usted a 60 millas por hora (mph) y su claxon suena a todo volumen. Oirá la bocina tocando una "nota" cuando se acerque el automóvil, pero cuando el automóvil pasa, el sonido de la bocina cambiará repentinamente a una nota más baja. Es la misma bocina que hace el mismo sonido todo el tiempo. El cambio que escucha es causado por el desplazamiento Doppler.
Esto es lo que sucede. los velocidad del sonido a través del aire en el estacionamiento está arreglado. Para simplificar el cálculo, digamos que son 600 mph (la velocidad exacta está determinada por la presión del aire, temperatura y humedad). Imagina que el auto está parado está exactamente a 1 milla de distancia de usted y hace sonar su bocina durante exactamente un minuto. Las ondas sonoras de la bocina se propagarán desde el automóvil hacia usted a una velocidad de 600 mph. Lo que escuchará es un retraso de seis segundos (mientras el sonido viaja 1 milla a 600 mph) seguido de exactamente un minuto de sonido.
Ahora digamos que el automóvil se mueve hacia usted a 60 mph. Comienza a una milla de distancia y toca la bocina durante exactamente un minuto. Seguirá escuchando el retraso de seis segundos. Sin embargo, el sonido solo se reproducirá durante 54 segundos. Eso es porque el auto estará justo a tu lado después de un minuto, y el sonido al final del minuto te llega instantáneamente. El coche (desde la perspectiva del conductor) sigue haciendo sonar la bocina durante un minuto. Porque el auto se esta moviendo, sin embargo, el valor de un minuto de sonido se empaqueta en 54 segundos desde su perspectiva. La misma cantidad de ondas sonoras se empaquetan en una cantidad de tiempo menor. Por lo tanto, su frecuencia aumenta, y el tono de la bocina te suena más alto. A medida que el coche te pasa y se aleja, el proceso se invierte y el sonido se expande para ocupar más tiempo. Por lo tanto, el tono es más bajo.
Puede combinar eco y desplazamiento Doppler de la siguiente manera. Digamos que envía un sonido fuerte hacia un automóvil que se mueve hacia usted. Algunas de las ondas sonoras rebotarán en el automóvil (un eco). Porque el coche se mueve hacia ti, sin embargo, las ondas sonoras serán comprimido . Por lo tanto, el sonido del eco tendrá un tono más alto que el sonido original que envió. Si mide el tono del eco, puede determinar qué tan rápido va el automóvil.
Estampido supersónicoMientras estamos aquí sobre el tema del sonido y el movimiento, también podemos entender las explosiones sónicas. Supongamos que el automóvil se está moviendo hacia usted exactamente a la velocidad del sonido, aproximadamente a 700 mph. El coche hace sonar la bocina. Las ondas sonoras generadas por la bocina no pueden ir más rápido que la velocidad del sonido, por lo que tanto el auto como la bocina vienen hacia ti a 700 mph, por lo que todo el sonido que proviene del automóvil "se acumula". No escuchas nada pero puedes ver el coche acercándose. Exactamente en el mismo momento en que llega el coche, ¡también lo hace todo su sonido y es FUERTE! Eso es un boom sónico.
El mismo fenómeno ocurre cuando un bote viaja a través del agua más rápido que las olas viajan a través del agua (las olas en un lago se mueven a una velocidad de quizás 5 mph; todas las olas viajan a través de su medio a una velocidad fija). Las olas que genera el barco se "apilan" y forman la onda de proa en forma de V (estela) que ves detrás del barco. La onda de proa es realmente una especie de boom sónico. Es la combinación apilada de todas las olas que ha generado el barco. La estela forma una V, y el ángulo de la V está controlado por la velocidad del barco.
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Izquierda:Las antenas del Complejo de Comunicaciones del Espacio Profundo de Goldstone (parte de la Red del Espacio Profundo de la NASA) ayudan a proporcionar comunicaciones de radio para la nave espacial interplanetaria de la NASA. Derecha:El radar de búsqueda de superficie y el radar de búsqueda aérea están montados en el trinquete de un destructor de misiles guiados. Foto cortesía de NASA (izquierda), Departamento de Defensa (derecha) Hemos visto que el eco de un sonido se puede usar para determinar qué tan lejos está algo, y también hemos visto que podemos usar el desplazamiento Doppler del eco para determinar qué tan rápido va algo. Por tanto, es posible crear un "radar de sonido, "y eso es exactamente lo que sonar es. Los submarinos y los barcos utilizan el sonar todo el tiempo. Podrías usar los mismos principios con sonido en el aire, pero el sonido en el aire tiene un par de problemas:
Por tanto, el radar utiliza ondas de radio en lugar de sonido. Las ondas de radio viajan lejos son invisibles para los humanos y fáciles de detectar incluso cuando están débiles.
Tomemos un conjunto de radar típico diseñado para detectar aviones en vuelo. El conjunto de radar enciende su transmisor y dispara un corto, ráfaga de alta intensidad de ondas de radio de alta frecuencia. La explosión podría durar un microsegundo. El equipo de radar luego apaga su transmisor, enciende su receptor y escucha un eco. El conjunto de radar mide el tiempo que tarda en llegar el eco, así como el desplazamiento Doppler del eco. Las ondas de radio viajan a la velocidad de la luz, aproximadamente 1, 000 pies por microsegundo; así que si el radar tiene un buen reloj de alta velocidad, Puede medir la distancia del avión con mucha precisión. Utilizando equipos especiales de procesamiento de señales, el equipo de radar también puede medir el desplazamiento Doppler con mucha precisión y determinar la velocidad del avión.
En un radar terrestre, hay mucha más interferencia potencial que en los radares aéreos. Cuando un radar de la policía dispara un pulso, resuena en todo tipo de objetos:vallas, puentes montañas, Edificios. La forma más fácil de eliminar todo este tipo de desorden es filtrarlo reconociendo que no está desplazado por Doppler. Un radar de la policía solo busca señales desviadas por Doppler, y debido a que el rayo del radar está bien enfocado, impacta solo en un automóvil.
La policía ahora está utilizando una técnica láser para medir la velocidad de los automóviles. Esta técnica se llama lidar , y utiliza luz en lugar de ondas de radio. Consulte Cómo funcionan los detectores de radar para obtener información sobre la tecnología LIDAR.
