BIOTECNOLOGIA
ALUMNO:
Eduardo Rodríguez Alvarado
FACILITADOR:
CARLOS ARVIDE ABURTO
MATERIA:
FISICA
GRUPO:
BI-FIS-1302-002
Evidencia de aprendizaje. Sistema de comunicaciones del satélite
Proyecto "La puesta en órbita de un satélite geoestacionario de un kilogramo de peso".
Objetivo Desarrollar el modelo de la puesta de un satélite geoestacionario de un kilogramo de peso.
Introducción Movimiento ondulatorio, representado por una onda, es la propagación de la perturbación de alguna magnitud física de un punto a otro del espacio, sin que exista transporte neto de materia entre ambos; solamente se transmite o propaga energía.
Para que haya transferencia de energía mediante un movimiento ondulatorio, tiene que haber una fuente que origine la perturbación que luego se propaga en el espacio que la rodea.
Modelo Teórico En un movimiento ondulatorio se propaga una vibración que se origina en un punto del espacio (fuente o foco emisor) y se transmite a los restantes puntos. Describir el movimiento ondulatorio implica dar una ecuación que nos proporcione el valor de la magnitud perturbada en cualquier punto del espacio y en cualquier instante.
Las ondas armónicas unidimensionales, son ondas generadas por un oscilador armónico que se propagan a lo largo de una línea, como en una cuerda tensada horizontalmente y muy larga, que se sacude regular y verticalmente por el extremo libre.
Figura 1. Modelo de Movimiento Ondulatorio
Dado el carácter periódico que presenta una onda armónica, podemos utilizar para caracterizarla una serie de magnitudes que permanecen constantes durante su propagación.
Elongación (y ). Es la separación de un punto del medio con respecto a la posición central de equilibrio en un instante determinado (unidad SI: metro).
Amplitud ( A). Es la máxima elongación de la magnitud perturbada. Se corresponde con la amplitud del oscilador armónico que genera la onda. Solamente depende de la energía que propaga la onda.
Período (T ). Es el tiempo que tarda un punto cualquiera en repetir un determinado estado de perturbación u oscilación (unidad SI: segundo). También es el tiempo que tarda una onda en volver a reproducirse.
Recuerda que la inversa del período es la frecuencia (f = ν = 1/T ), el número de veces que un determinado punto repite cierto estado de perturbación por unidad de tiempo. O también, el número de veces que la onda se reproduce en la unidad de tiempo. Otro parámetro ya conocido es la frecuencia angular o pulsación (ω = 2π/T = 2πν ).
Longitud de onda (λ). Es la distancia entre dos puntos consecutivos que se encuentran en idéntico estado de perturbación (suele decirse entre dos puntos consecutivos en idéntica fase) (unidad SI: metro). Es decir, es la distancia que se ha propagado la perturbación en un período , lo que no depende de los puntos que sirven como referencia para determinarla.
Figura 3. Longitud de Onda.
Velocidad de propagación (o de fase) (v). Es el desplazamiento efectuado por la onda en la unidad de tiempo y, como ya hemos comentado, depende de las características del medio (elasticidad y rigidez). Teniendo en cuenta los parámetros que hemos definido hasta el momento, observamos que la onda recorre una distancia en un tiempo T , por lo que: v=λ /T (unidad SI: m/s). Otras relaciones útiles serían: v= λv = λω/2π.
Número de ondas (k ). Se define como la cantidad de ondas completas contenidas en una distancia 2π metros. Es decir: k = 2π/λ (unidad SI: metro-1). Relaciones útiles: k = 2π/vT = ω/v. Resulta, pues, que el número de ondas es la relación entre la pulsación y la velocidad de propagación.
Ecuación para una onda armónica unidimensional conocida como ecuación de D´Alembert, que se desplaza a la derecha es:
Si la perturbación se desplaza en el sentido negativo del eje X, entonces la ecuación anterior se transforma en: Difracción: La difracción se produce en todos los tipos de ondas, ya sean sonoras, de radio o de luz. En nuestro caso se estudia el producido por una fuente puntal de luz, como lo es el haz laser simulado, la difracción es el patrón de interferencia que se genera al encontrar la onda de luz un obstáculo cuyas dimensiones son comparables a la longitud de onda misma. Interferencia: La interferencia se refiere al fenómeno ondulatorio en el que dos o más ondas se superponen para formar una onda resultante de diferente amplitud, la interferencia que puede ocurrir puede ser constructiva o destructiva, dependiendo de la fase de las ondas que se combinan. La diferencia de fase esta dada por la ecuación
Para las ondas representadas por las ecuaciones y 1 A01 senkx t
(3)
y 2 A02 senkx t
La diferencia de fase es k r 1 k r 2
(4)
2
r r 1
2
Y la amplitud A0 y la fase del movimiento por la expresión A
A2 A2 2 A A cos 0
01
02
01
(5) 02
Polarización La difracción y la interferencia son propiedades de la luz que apoyan la teoría ondulatoria. La polarización es otra importante propiedad de la luz, la cual no es sólo consecuencia de que sea una onda sino que además se trata de una onda transversal. Las ondas longitudinales no presentan el fenómeno de la polarización. Las ondas electromagnéticas pueden generarse por medio de cargas eléctricas oscilantes. La dirección de la oscilación determina la orientación del campo eléctrico de la onda. Cuando el campo eléctrico de un haz oscila en una única dirección, se dice que la onda está polarizada y la orientación del vector campo eléctrico se toma como la dirección de polarización.
Desarrollo Retomen los resultados de las prácticas que realizaron para integrar el lit e. Este tercer reporte debe reporte Sis tem a de com un icac ion es del s até responder a los siguientes criterios:
1.Modelar la onda que se usará para la transmisión de datos y la comunicación con el satélite apoyándote en la descripción de la onda que hiciste en la práctica 1.
Como lo habíamos analizado en prácticas anteriores, la onda debe tener una frecuencia muy alta, la oscilación en la antena debe andar en el orden de 50MHz hasta 40 GHz, el emisor debe trabajar a esa frecuencia y polarizar la antena con frecuencias que contengan la información en la banda transportadora, las longitudes de onda va de los 6 metros hasta los 0.0075 metros. La potencia se debe tomar en cuenta ya que la distancia en enorme y las nubes son un obstáculo.
La velocidad de las ondas electromagnéticas en el aire o en el vacío es de unos 300.000 km/s,
La altura de la órbita geoestacionaria es el radio de la tierra más la distancia de la órbita geoestacionaria. r = 6378 Km + 35786Km = 42164 Km = 4.2164 × 10 7 m
La mayoría de los satélites manejan frecuencias aproximadas a 1 GHz , la longitud de onda es
Figura 4. Modelo para una longitud de onda para una frecuencia de 1GHz.
2.Describir la forma de evitar la interferencia y el ruido en las comunicaciones usando los resultados de la práctica 2. Encontrando la relación correcta de frecuencia y longitud de onda que puedan sortear los obstáculos como son las nubes , el polvo y las interferencias que provocan las manchas solares y otras fuentes de radiación naturales y artificiales, no creo que lleguen el 100% pero al menos se minimiza las perdidas.
Los satélites de comunicación por lo general tienen un haz que cubre una parte de la Tierra debajo de él, variando de un haz amplio de 10.000 km de diámetro hasta un haz localizado de 250 Km. de diámetro. Las estaciones dentro del área de haz pueden enviar marcos al satélite en la frecuencia de enlace ascendente. El satélite entonces vuelve a difundirlos por la frecuencia de enlace descendente. Se usan diferentes frecuencias para el enlace ascendente y descendente a fin de evitar que el transpondedor entre en oscilación. Los satélites sin procesamiento "a bordo", sino que simplemente repiten lo que escuchan (la mayoría de ellos), con frecuencia se llaman satélites de codo. Fuentes de error La información procedente de cada satélite que viaja en una señal puede verse afectada por distintas fuentes de error: a)Efectos atmosféricos b)Efectos multitrayecto c)Errores de efemérides y reloj d)Errores debidos a la relatividad e)Disponibilidad selectiva f)Estos errores son los que degradan la precisión del servicio.
En algunos países hay más de un satélite que emite el mismo contenido, sirve de respaldo para posibles complicaciones en las transmisiones.
3. Describir el sistema para la toma de imágenes
Los satélites tienen detectores y sensores en casi todas las gamas de campo electromagnético, asi como en las frecuencias de luz visible que son las fotos convencionales hasta sensores que detectan otras longitudes de onda. Los instrumentos de observación dependen del objeto del estudio; variando desde observación en el espectro visible, las microondas, etc. La mayoría de satélites se limitan a instrumentos pasivos, esto es, a recoger la radiación ya presente, principalmente en el espectro visible. Dichos satélites van equipados con lentes similares a las de un telescopio terrestre, una cámara CCD, etc.
Los tipos de detectores de partículas incluyen: Calorímetro Cámara de burbujas Cámara de chispas Cámara de flujo, cámara de chorro Cámara de niebla, cámara de difusión Cámara de proyección de tiempo (TPC) Cámara gaseosa de microestructura (MSGC)
Descomposición de la luz blanca por medio de in prisma Cámara de hilos o proporcional de multihilos (MWPC) Centelleador Detector Cherenkov, detector de aerogel Detectores de ionización gaseosa (cámara de ionización, contador proporcional, contador Geiger)
Detector de tiempo de vuelo Detector de transición de radiación Detector RICH Detector semiconductor Dosímetro Electroscopio Fotodiodo Fotomultiplicador Fotomultiplicador de silicio o SiPM Placa fotográfica Tubo de corriente
4.Describir el dispositivo para obtener energía eléctrica, usa los resultados de la práctica 3 En el espacio exterior hay luz ultravioleta, se denomina radiación ultravioleta o radiación UV a laradiación electromagnética cuya longitud de onda está comprendida aproximadamente entre los 400 nm (4x10-7 m) y los 15 nm (1,5x10-8 m). Su nombre proviene de que su rango empieza desde longitudes de onda más cortas de lo que los humanos identificamos como el color violeta. Esta radiación puede ser producida por los rayos solares y produce varios efectos en la salud. 5.Elaborar un mapa mental de la implementación del proyecto en lo que se refiere a los modelos corpuscular y ondulatorio de la luz, elementos de óptica y mecánica cuántica. Longitud de onda Mayor
Luz Blanca Prisma Longitud de
Bibliografía 1.Rossi, Bruno. (2003) Fundamentos de óptica. Barcelona ,España: Reverte.
2.Rodríguez, José; Virgos, José M. Fundamentos de óptica ondulatoria . Universidad de Oviedo. 3.Flores M., Norma; Figueroa Jorge E. (2007). Física Moderna. México: Pearson Educación. 4.Mosca, Tipler. (2005). Física para la ciencia y la tecnología. Barcelona, España: Reverte.
