Gilbert Lundgren, especialista em operação de 2ª classe, opera equipamentos de radar no centro de informações de combate do USS Carney. Foto cedida pelo Departamento de Defesa Radar é algo que está em uso ao nosso redor, embora seja normalmente invisível. O controle de tráfego aéreo usa radar para rastrear aviões tanto no solo quanto no ar, e também para guiar os aviões para pousos suaves. A polícia usa radar para detectar a velocidade dos motoristas que passam. A NASA usa radar para mapear a Terra e outros planetas, para rastrear satélites e detritos espaciais e para ajudar com coisas como encaixe e manobras. Os militares o usam para detectar o inimigo e guiar armas.
Os meteorologistas usam radar para rastrear tempestades, furacões e tornados. Você até vê uma forma de radar em muitos supermercados quando as portas se abrem automaticamente! Obviamente, o radar é uma tecnologia extremamente útil.
Quando as pessoas usam radar, eles geralmente estão tentando realizar uma das três coisas:
Todas essas três atividades podem ser realizadas usando duas coisas com as quais você pode estar familiarizado na vida cotidiana: eco e Doppler shift . Esses dois conceitos são fáceis de entender no domínio do som porque seus ouvidos ouvem o eco e o deslocamento Doppler todos os dias. O radar usa as mesmas técnicas por meio de ondas de rádio.
Neste artigo, vamos descobrir os segredos do radar. Vejamos o som versão primeiro, uma vez que você já está familiarizado com este conceito.
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Eco é algo que você experimenta o tempo todo. Se você gritar em um poço ou desfiladeiro, o eco volta um momento depois. O eco ocorre porque algumas das ondas sonoras em seu grito refletem em uma superfície (seja a água no fundo do poço ou a parede do desfiladeiro do outro lado) e viajam de volta para seus ouvidos. O período de tempo entre o momento em que você grita e o momento em que ouve o eco é determinado pela distância entre você e a superfície que cria o eco.
Calculando a profundidade com o eco
Quando você grita em um poço, o som do seu grito viaja pelo poço e é refletido (ecoa) na superfície da água no fundo do poço. Se você medir o tempo que leva para o eco retornar e se você souber a velocidade do som, você pode calcular a profundidade do poço com bastante precisão.
Mudança Doppler:a pessoa atrás do carro ouve um tom mais baixo do que o do motorista porque o carro está se afastando. A pessoa na frente do carro ouve um tom mais alto do que o motorista porque o carro está se aproximando. Doppler shift também é comum. Você provavelmente experimenta isso diariamente (muitas vezes sem perceber). O deslocamento Doppler ocorre quando o som é gerado por, ou refletido de, um objeto em movimento. O deslocamento Doppler ao extremo cria estrondos sônicos (Veja abaixo). Veja como entender o deslocamento Doppler (você também pode tentar este experimento em um estacionamento vazio). Digamos que há um carro vindo em sua direção a 60 milhas por hora (mph) e sua buzina está tocando. Você ouvirá a buzina tocando uma "nota" conforme o carro se aproxima, mas quando o carro passa por você, o som da buzina muda de repente para uma nota mais baixa. É a mesma buzina fazendo o mesmo som o tempo todo. A mudança que você ouve é causada pelo deslocamento Doppler.
Aqui está o que acontece. o velocidade do som através do ar no estacionamento é consertado. Para simplicidade de cálculo, digamos que seja 600 mph (a velocidade exata é determinada pela pressão do ar, temperatura e umidade). Imagine que o carro está parado, está a exatamente 1 milha de você e buzina por exatamente um minuto. As ondas sonoras da buzina se propagam do carro em sua direção a uma velocidade de 600 mph. O que você ouvirá é um atraso de seis segundos (enquanto o som viaja por 1,6 km a 600 mph) seguido por exatamente um minuto de som.
Agora, digamos que o carro está se movendo em sua direção a 60 mph. Ele começa a uma milha de distância e buzina por exatamente um minuto. Você ainda ouvirá o atraso de seis segundos. Contudo, o som será reproduzido por apenas 54 segundos. Isso porque o carro estará bem ao seu lado depois de um minuto, e o som no final do minuto chega até você instantaneamente. O carro (da perspectiva do motorista) ainda está buzinando por um minuto. Porque o carro esta em movimento, Contudo, o valor de minuto de som é compactado em 54 segundos de sua perspectiva. O mesmo número de ondas sonoras é compactado em um período menor de tempo. Portanto, sua frequência é aumentada, e o tom da buzina soa mais alto para você. Conforme o carro passa por você e se afasta, o processo é revertido e o som se expande para preencher mais tempo. Portanto, o tom é mais baixo.
Você pode combinar o eco e o deslocamento doppler da seguinte maneira. Digamos que você envie um som alto em direção a um carro que se move em sua direção. Algumas das ondas sonoras irão ricochetear no carro (um eco). Porque o carro está se movendo em sua direção, Contudo, as ondas sonoras serão comprimido . Portanto, o som do eco terá um tom mais alto do que o som original que você enviou. Se você medir o tom do eco, você pode determinar a velocidade com que o carro está indo.
Sonic BoomEnquanto estamos aqui no tópico de som e movimento, também podemos entender estrondos sônicos. Digamos que o carro estivesse se movendo em sua direção exatamente na velocidade do som - 700 mph ou algo assim. O carro está tocando a buzina. As ondas sonoras geradas pela buzina não podem ir mais rápido do que a velocidade do som, então o carro e a buzina estão vindo em sua direção a 700 mph, então todo o som que vem do carro "se acumula". Você não ouve nada, mas você pode ver o carro se aproximando. Exatamente no mesmo momento em que o carro chega, o mesmo acontece com todo o seu som e é ALTO! Isso é um estrondo sônico.
O mesmo fenômeno acontece quando um barco viaja através da água mais rápido do que as ondas viajam na água (as ondas em um lago se movem a uma velocidade de talvez 5 mph - todas as ondas viajam através de seu meio a uma velocidade fixa). As ondas que o barco gera "se acumulam" e formam a onda de proa em forma de V (esteira) que você vê atrás do barco. A onda de proa é realmente uma espécie de estrondo sônico. É a combinação acumulada de todas as ondas que o barco gerou. A esteira em forma de V, e o ângulo do V é controlado pela velocidade do barco.
consulte Mais informação
Esquerda:Antenas no Goldstone Deep Space Communications Complex (parte da Deep Space Network da NASA) ajudam a fornecer comunicações de rádio para a espaçonave interplanetária da NASA. À direita:Radar de busca de superfície e radar de busca aérea estão montados no mastro de um destruidor de mísseis guiados. Foto cedida pela NASA (à esquerda), Departamento de Defesa (direita) Vimos que o eco de um som pode ser usado para determinar a que distância algo está, e também vimos que podemos usar o desvio Doppler do eco para determinar a que velocidade algo está indo. Portanto, é possível criar um "radar de som, "e isso é exatamente o que sonar é. Submarinos e barcos usam sonar o tempo todo. Você pode usar os mesmos princípios com o som no ar, mas o som no ar tem alguns problemas:
O radar, portanto, usa ondas de rádio em vez de som. As ondas de rádio viajam para longe, são invisíveis para os humanos e são fáceis de detectar, mesmo quando estão desmaiados.
Vamos pegar um radar típico projetado para detectar aviões em vôo. O conjunto de radar liga seu transmissor e dispara um curto, explosão de alta intensidade de ondas de rádio de alta freqüência. A explosão pode durar um microssegundo. O conjunto de radar então desliga seu transmissor, liga seu receptor e ouve um eco. O conjunto de radar mede o tempo que leva para o eco chegar, bem como o desvio Doppler do eco. As ondas de rádio viajam na velocidade da luz, aproximadamente 1, 000 pés por microssegundo; então, se o conjunto de radar tem um bom relógio de alta velocidade, pode medir a distância do avião com muita precisão. Usando equipamento especial de processamento de sinal, o conjunto de radar também pode medir o deslocamento Doppler com muita precisão e determinar a velocidade do avião.
No radar baseado em solo, há muito mais interferência potencial do que no radar baseado no ar. Quando um radar da polícia dispara um pulso, ecoa em todos os tipos de objetos - cercas, pontes, montanhas, edifícios. A maneira mais fácil de remover todo esse tipo de desordem é filtrá-la, reconhecendo que ela não é deslocada por Doppler. Um radar policial procura apenas sinais desviados por Doppler, e como o feixe do radar está bem focalizado, ele atinge apenas um carro.
A polícia agora está usando uma técnica de laser para medir a velocidade dos carros. Esta técnica é chamada lidar , e usa luz em vez de ondas de rádio. Consulte Como funcionam os detectores de radar para obter informações sobre a tecnologia lidar.
