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A veces la gente se saluda saludando con la mano. Sin embargo, podemos comunicarnos con los demás utilizando muchos tipos diferentes de ondas, no sólo el movimiento de nuestras manos. El primer ejemplo que probablemente te venga a la mente son las ondas sonoras. Podemos producir sonido cuando el aire pasa a través de nuestras cuerdas vocales, haciéndolas vibrar. Estas vibraciones se propagan por el aire y acaban llegando a nuestros tímpanos. Existe un límite a la distancia que puede recorrer una onda sonora, ya que la onda se amortigua, lo que significa que la onda sonará más tranquila a medida que se aleje del altavoz.
Hasta hace un par de siglos, las comunicaciones a larga distancia eran lentas, poco fiables e ineficaces. Casi todos los mensajes tenían que transportarse físicamente. Por eso desarrollamos nuevas tecnologías de comunicación que utilizan ondas del espectro electromagnético para superar este problema. Algunas de estas nuevas tecnologías de comunicación son útiles incluso a corta distancia. Este artículo te ayudará a comprender las aplicaciones de las ondas en la comunicación y la física implicada.
Las ondas electromagnéticas en las comunicaciones
A continuación se muestra un diagrama del espectro electromagnético; muestra toda la distribución de la radiación electromagnética según el aumento de la frecuencia o el aumento de la longitud de onda. Las ondas con frecuencias más altas, como los rayos gamma y los rayos X, tienen la longitud de onda más pequeña y las energías más altas de las ondas electromagnéticas. Mientras que las microondas y las ondas de radio poseen las frecuencias y energías más bajas, pero las mayores longitudes de onda.
Las distintas secciones del espectro electromagnético ordenadas por frecuencia y longitud de onda, Wikimedia Commons CC BY 3.0
Las ondas electromagnéticas tienen muchos usos en el ámbito de la comunicación. Diferentes partes del espectro electromagnético (EM) son adecuadas para diferentes aplicaciones. Las distintas energías, frecuencias y longitudes de onda asociadas a cada parte del espectro EM ofrecen ventajas e inconvenientes según su uso. En las comunicaciones sólo utilizamos las partes de baja frecuencia del espectro electromagnético, ya que la radiación EM con frecuencias más altas que la luz visible resulta poco práctica por diversas razones.
Los científicos están investigando posibles aplicaciones de la luz ultravioleta en las comunicaciones. La radiación ultravioleta es absorbida por nuestra atmósfera, por lo que es casi inútil a grandes distancias. Sin embargo, con una fuente suficientemente potente, la radiación ultravioleta puede transmitirse a distancias de hasta varios kilómetros a nivel del suelo. El uso de la luz ultravioleta para comunicarse tendría dos ventajas principales en comparación con otras partes del espectro EM.
- La luz ultravioleta tiene una frecuencia alta, lo que significa que puede transferir más información por segundo que las ondas de frecuencia más baja, como la luz visible o los infrarrojos.
- Algunas partículas de la atmósfera pueden dispersar o reflejar la luz ultravioleta, además de absorberla, lo que significa que una señal puede dispersarse por una amplia zona. Este fenómeno puede utilizarse para comunicarse entre dos puntos sin línea de visión entre ellos, ya que la luz ultravioleta puede dispersarse alrededor de cualquier obstáculo en el camino.
Las ondas de radio en las comunicaciones
Las ondas de radio tienen las longitudes de onda más largas y las frecuencias más bajas del espectro electromagnético. La mayoría de las frecuencias de ondas de radio son esencialmente transparentes a la atmósfera, por lo que son muy útiles para comunicarse a larga distancia. También atraviesan directamente el cuerpo humano, por lo que no son perjudiciales en absoluto. El espectro radioeléctrico en sí es muy amplio. Oscila entre longitudes de onda de 1 mm y 10.000 km, ¡que es mayor que el radio de la Tierra! Por eso, las ondas de radio de diferentes longitudes de onda y frecuencias tendrán comportamientos muy distintos. La televisión y las emisiones de radio son ejemplos típicos de cómo se aplican estas ondas en las comunicaciones.
Podemos transmitir y recibir ondas de radio utilizando oscilaciones en circuitos eléctricos. Cuando un conductor absorbe una onda de radio, genera una corriente alterna. La frecuencia de la corriente alterna coincide con la frecuencia de la onda de radio. Así es como codificamos electrónicamente la información antes de la transmisión por radio y la descodificamos después de recibir la onda.
- Las ondas de radio de longitud de onda corta tienen frecuencias superiores a aproximadamente. Estas ondas de radio se utilizan cuando se transmite entre dos antenas situadas en la misma línea de visión. Esto significa que la propagación de la onda se limita al horizonte visual, que es de aproximadamenteen la superficie de la Tierra, pero las ondas son lo suficientemente grandes como para atravesar la mayoría de los edificios o el follaje sin obstáculos. Se suelen utilizar cuando necesitamos frecuencias altas para transmitir mucha información a la vez, como con la radio, la televisión, los teléfonos móviles o el radar.
- A frecuencias inferiores alas ondas de radio empiezan a curvarse sobre el horizonte. Esto permite a las radios emitir a cientos de kilómetros, que sigue la curvatura de la Tierra. Cuanto más baja es la frecuencia, mayor es el alcance de la señal. Por desgracia, las frecuencias más bajas significan que se puede transmitir menos información por segundo.
- Las ondas de radio de longitud de onda corta entreytambién pueden dispersarse por la ionosfera (partículas cargadas en lo alto de la atmósfera) y reflejarse hacia la superficie de la Tierra. Esto se denomina propagación por ondas celestes y permite la comunicación por radio a través de los continentes. Por desgracia, este método de comunicación apenas se utiliza hoy en día, ya que las condiciones atmosféricas son poco fiables.
Propagación de ondas celestes mediante ondas de radio, Pixabay
Las ondas de luz visible en las comunicaciones
Por supuesto, ya utilizamos la luz visible para comunicarnos entre nosotros de forma natural, así que hablaremos de la luz visible puramente como tecnología de comunicaciones. En 1792, un francés llamado Claude Chappe inventó el sistema telegráfico del semáforo. El semáforo era una forma primitiva de transmitir información a larga distancia mediante señales visuales. Se construyeron torres altas en línea de visión, a distancias entreykilómetros, dependiendo del terreno. En cada torre había un operador humano con un catalejo que vigilaba las torres vecinas en busca de señales. Tras recibir un mensaje, el operador lo retransmitía a la siguiente torre. Fue el precursor del telégrafo eléctrico, que sustituiría al semáforo menos de un siglo después.
En la era moderna, utilizamos cables de fibra óptica para transmitir señales como luz visible. Los cables de fibra óptica pueden utilizarse para proporcionar Internet de alta velocidad. Los cables de fibra óptica están hechos de fibra de vidrio flexible, que permite que las ondas electromagnéticas se reflejen internamente y, por tanto, viajen por el cable a la velocidad de la luz. Estos cables están recubiertos de plástico para proteger las delicadas fibras de vidrio de su interior. Los cables de fibra óptica pueden utilizarse para transmitir señales a distancias muy largas, ya que sólo hay una pequeña pérdida de la señal debida a la dispersión o absorción de la onda cuando se refleja en los límites del cable. El vidrio de mejor calidad permite que las pérdidas sean menores a medida que la onda viaja por el cable.
Un rayo de luz visible viajando a través de un cable de fibra óptica por reflexión interna, adaptado de la imagen de Chris Woodford CC BY 3.0
Las ondas infrarrojas en las comunicaciones
La luz infrarroja abarca toda la radiación electromagnética comprendida entre() y. Las transmisiones infrarrojas se utilizan sobre todo en comunicaciones de corto alcance. El mando a distancia de tu televisor es un ejemplo común de ello. El principal problema de las comunicaciones por infrarrojos es que las ondas no atraviesan los objetos sólidos y son parcialmente absorbidas por la atmósfera, lo que les confiere un corto alcance. En algunos contextos (como la comodidad de tu propia casa), ¡esto puede convertirse en una ventaja! Un mando a distancia infrarrojo de TV en el salón no interferirá con aparatos similares en otras habitaciones de la casa, porque las señales no pueden atravesar las paredes. Además, los transmisores de infrarrojos son relativamente baratos de fabricar y necesitan poca energía, lo que mantiene bajos los costes para los consumidores.
Las longitudes de onda infrarrojas también se utilizan en los cables de fibra óptica cuando el usuario quiere minimizar la pérdida de señal. La luz visible en los cables de fibra óptica puede ser dispersada o absorbida más fácilmente por las impurezas del cable que la luz infrarroja, lo que provoca más pérdidas cuando la señal viaja por el cable. Sin embargo, debido a las frecuencias más bajas de la luz infrarroja, la velocidad de transferencia de datos es menor que en el espectro visible.
Comunicaciones por satélite
Una forma de comunicarse a escala mundial es utilizar satélites, empleados a menudo por empresas de televisión por satélite y redes de telefonía móvil. Por ejemplo, una torre de telefonía móvil transmitirá y recibirá datos de muchos teléfonos móviles cercanos situados en tierra a través de ondas de radio. La torre de telefonía móvil se comunicará entonces con un satélite en órbita geoestacionaria mediante microondas. Un satélite geoestacionario permanecerá estacionario sobre un punto concreto de la superficie terrestre en todo momento, de modo que la comunicación con los equipos terrestres pueda producirse sin interrupciones, 24 horas al día, 7 días a la semana. Se utiliza el espectro de microondas porque no está bloqueado por la atmósfera terrestre y puede transmitir más datos por segundo que las ondas de radio, debido a sus frecuencias más altas.
Así, el satélite puede comunicarse con otras torres de telefonía móvil situadas en una amplia zona de la superficie terrestre. Los satélites comerciales rara vez se comunican directamente entre sí, las señales deben retransmitirse a receptores en tierra.
Utilización de un satélite para comunicarse a larga distancia, Wikimedia Commons CC BY 3.0
Se puede conseguir una órbita geoestacionaria sobre la Tierra enviando un satélite en órbita sobre el ecuador a unossobre la superficie terrestre. A esta altura, un satélite tardará exactamente un día (23 horas y 56 minutos) en completar una órbita. Si la órbita del satélite está en la misma dirección que la rotación de la Tierra, entonces permanecerá inmóvil en el cielo visto desde la Tierra.
Las ondas en la comunicación - Puntos clave
- En las comunicaciones se utilizan muchas longitudes de onda diferentes de luz en el espectro electromagnético.
- Cuanto mayor sea la frecuencia de una onda, más datos/información podrás transmitir por segundo.
- Las radiaciones electromagnéticas con frecuencias superiores a la luz visible son cada vez menos prácticas.
- Las ondas de radio tienen longitudes de onda muy elevadas y se utilizan normalmente en las emisiones de televisión y radio.
- Las ondas de radio pueden transmitirse a cientos de kilómetros a las frecuencias más bajas.
- Los conductores pueden absorber y transmitir ondas de radio, lo que permite codificar y descodificar electrónicamente la información.
- Los cables de fibra óptica transmiten datos utilizando luz visible o infrarroja. Son útiles porque pueden transmitir muchos datos por segundo y sólo tienen una pequeña pérdida de señal.
- El espectro infrarrojo es útil sobre todo en comunicaciones de corto alcance, como los mandos a distancia. La radiación infrarroja es parcialmente absorbida por la atmósfera y completamente bloqueada por los obstáculos.
- Los satélites permiten las comunicaciones a escala mundial. Utilizan la radiación de microondas, debido a la velocidad relativamente alta de transferencia de datos en comparación con las ondas de radio. Además, las microondas son transparentes a la atmósfera terrestre.
- La mayoría de los satélites de comunicaciones son geoestacionarios, de modo que las transmisiones entre los satélites y los equipos terrestres son ininterrumpidas.
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