Telecomunicaciones

Punto 1

1 Propagación de ondas:

Se llama propagación al conjunto de fenómenos físicos que conducen a las ondas del transmisor al receptor. Esta propagación puede realizarse siguiendo diferentes fundamentos físicos, cada uno más adecuado para un rango de frecuencias de la onda a transmitir. Los modos de propagación más frecuentes son:

• La propagación ionosférica.

• La propagación troposférica.

• La propagación por onda de superficie.

• la propagación litosfera y la propagación biosfera

Propagación de ondas

Las ondas son uno de los fenómenos físicos más fundamentales: las ondas sobre la superficie del agua y los terremotos, las ondulaciones en resortes, las ondas de luz, las ondas de radio, las ondas sonoras, etc.

La propagación de una onda puede interpretarse haciendo uso del modelo de la cadena lineal. Esta cadena está compuesta de una serie de partículas de igual masa separadas de resortes también iguales. Este modelo permite explicar el comportamiento de los cuerpos elásticos y por lo tanto la propagación de las ondas mecánicas.

En el caso de las ondas sonoras y de la luz, se acostumbra analizar a una onda como la suma de ondas sinusoidales simples. Este es el principio de superposición lineal. En contraste, cuando uno observa cuidadosamente las ondas en la superficie del agua, uno ve que para su descripción dicho principio no se puede aplicar en general, excepto cuando ocurren pequeñas amplitudes. El estudio de las ondas de amplitud pequeña en el agua fue uno de los tópicos principales de la física del siglo XIX. Durante mediados del siglo XX, el estudio de muchos fenómenos no lineales cobraron especial importancia; por ejemplo, los haces de láseres en la óptica no lineal y las ondas en gases de plasmasexhiben fenómenos no lineales.

La importancia de tales fenómenos ha llevado a estudios más cuidadosos, lo que ha revelado que la propagación de ondas no lineales sean considera como entidades fundamentales en los ondulatorios. A las ondas estables en un medio de respuesta no lineal y dispersivo se les conoce como solitones.

El problema anterior motivó que a principios de 1950 Enrico Fermi, John Pasta y Stanislam Ulam (FPU), llevaran al cabo experimentos numéricos en cadenas de osciladores con potenciales de interacción no armónicos. Pensaron que si la energía se colocaba en el modo de oscilación más bajo (modo de longitud de onda más largo), eventualmente tomaría lugar la equipartición de la energía. El tiempo de relajación para que esto ocurriera proporcionaría una medida del coeficiente de difusión. Para la sorpresa de Fermi y sus colegas la energía del sistema no se "termalizó". Sólo una fracción de la energía se repartió entre los demás modos y en, un tiempo posterior, largo pero finito, casi la misma cantidad de energía de volvía a concentrar en el modo más bajo. Este se conoce en mecánica como un fenómeno de recurrencia, similar al que se observa en el movimiento de dos péndulos acoplados, en los que la energía de oscilación permanece en un modo cierto tiempo y después pasa a otro. Resulta que el tiempo de recurrencia para un número suficientemente grande de osciladores acoplados excede cualquier tiempo de observación física relevante y resulta en una conductividad térmica finita.

La explicación de este descubrimiento permaneció en un misterio hasta que Norman Zabusky y Martin Kruskal comenzaron a estudiar nuevamente este sistema a principios de 1960. El hecho de que sólo se "activaran" los modos de orden más bajo (longitud de onda larga), les condujo a proponer una aproximación continua del sistema y estudiar la ecuación diferencial parcial llamada KdV.

Esta ecuación había sido obtenida en 1885 por D.J. Korteweg y Gustav de Vries en la descripción de la propagación de ondas de longitud de onda larga, en aguas poco profundas. A partir de un estudio detallado de la ecuación, Norman Zabusky y Kruskal hallaron que ésta admite soluciones estables en el sentido de que las ondas pueden interactuar y preservar sus perfiles y velocidades iniciales después de la colisión.

2 Identificar y explicar los diversos tipos de Propagación de señales eléctricas y electromagnéticas:

Una onda electromagnética por definicón es un tipo de radiación en forma de onda que se caracteriza por poseer dos campos: Un campo eléctrico y otro campo magnético, oscilando perpendicularente entre sí.

Éstas ondas poseen la característica de viajar incluso estando en el vacío lo que representa algo interesante para estudiar. En el Siguiente video extraído de Youtube, se observa una animación acerca de los principios fundamentales de las ondas electromagnéticas y su respectiva definición:

Las ondas electromagnéticas tienen multiples aplicaciones y actualmente son fundamentales para ciertos tipos de dispositivos y especialmente de comunicaciones como las ondas de radio las cuales están incluidas en el espectro de frecuencia.

Entonces, entremos en materia. ¿Cómo se propagan las ondas electromagnéticas?

En el capítulo 9 del libro de Sistemas de Comunicaciones de Wayne Tomassi, se explica que las ondas electromagnéticas se da a través del espacio libre y tambien se conocen como propagación de radiofrecuencia o por sus siglas RF que en casos remotos ésta viaja incluso en el vacío como se había dicho anteriormente. Se resalta una cualidad interesante y es que éstas se propagan a traves de cualquier material dielectrico incluyendo el aire pero no se propagan eficientemente a en conductores con perdidas como el agua de mar porque los campos electricos hacen que fluyan corrientes en el material, que disipan con rapidez la energía de las ondas. (1)

para analizar la propagación de las ondas electromagnéticas se debe tener en cuenta que ellas no muestran una facilidad para visualizarlas por parte del ser humano, pero para llevarlo a un contexto mucho mas realista, se hace una comparación de la propagación de las ondas con respecto a unas fichas de dominó cuando éstas se colocan de manera vertical una atras de la otra con el propósito de aplicarle una fuerza a la primera ficha y esta proporcione fuerza a las demás lo que provoca una caída en serie. Como vemos la fuerza aplicada es transmitida ficha por fichja hasta que todas caigan, provocando la propagación de una onda y de manera simliar ocurre con las ondas electromagnéticas cuando se buscan acelerar cargas electricas lo que provoca la propagación y existe una pequeña diferencia entre las ondas electromagnéticas y las demás, y es que no necesariamente es necesario que exista un medio material para hacerlo.

Es importante resaltar que las ondas electromagnéticas son transversales, en el que los campos oscilan en dirección perpendicular a la dirección de propagación.

Es importante resaltar que las ondas electromagnéticas son transversales, en el que los campos oscilan en dirección perpendicular a la dirección de propagación.

Por la teoría de Maxwell cuando se cambia un campo se crea otro y es un proceso que se repite continuamente lo cual origina la onda electriomagnética viajera.

Las ondas electromagnéticas contienen su origen el cual produce su propagación posteriormente.

En las siguientes figuras (1 y 2) observamos un esquema de las ondas electromagnéticas a partir de una antena, y las formas de ondas que ésta produce. (Fuente: Jerry D. Wilson, Anthony J Buffa, FISICA 5 ed, 2003) (2)

Fig. 1. Ondas electromagnéticas y su propagación desde la antena. Las cargas se mueven a través de un movimiento armónico simple meidante una fuente de voltaje oscilante. Al intercambiarse la polaridad, éstas ondas se propagan hasta alejarse.

Fig. 2. Frentes planos de las ondas electromagnéticas al propagarse.

Punto 2

3 Características ópticas de la luz:

Propagación de la luz

La luz se propaga en línea recta en un medio homogéneo. La hipótesis de la propagación de la luz explica varios fenómenos entre los que se puede resaltar:

Cuando un rayo de luz penetra en una habitación que está llena de humo, puede observarse que el rayo de luz tiene borde definido, que es una línea recta.

Cuando se coloca una fuente luminosa en el centro de una habitación, se observa que la luz es capaz de iluminar a todos los objetos opacos. Las sombras proyectadas por estos objetos, se deben a que la luz se propaga en línea recta y los espacios detrás de los objetos opacos son inaccesibles a ella.

Eclipses de sol y de luna: ocurre cuando la Luna se mueve a lo largo de una órbita prácticamente circular alrededor de la Tierra, de tal manera que en ciertas ocasiones se interpone entre ésta y el sol.

La cámara oscura es una cavidad completamente cerrada en una de cuyas caras se ha practicado un orificio circular muy pequeño. Si se coloca cualquier objeto luminoso (una vela) frente a dicho orificio, capaz de enviar rayos en todas direcciones, se ha de notar que gran parte de esos rayos quedan detenidos en la pared de la caja. El resto de ellos logra penetrar por el orificio, formándose en la pared interior una imagen de la vela. Esta imagen resultante es invertida y su nitidez depende de la magnitud del orificio, y su tamaño de la profundidad de la caja.

Velocidad de la luz

Diferentes investigadores desde la época de Galileo, han medido la velocidad de la luz. El astrónomo danés Olaf Römer, en 1676, logró medir la velocidad de la luz, posteriormente Fizeau en 1848. más adelante, fueron elaborados otros métodos de laboratorio

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