Embed Size (px)
Citation preview
Física Unidad 4. La luzEvidencia de Aprendizaje
UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIA DE MEXICO
INGENIERIA EN BIOTECNOLOGIA
SEGUNDO CUATRIMESTRE
FISICA
EVIDENCIA DE APRENDIZAJE UNIDAD 4Sistema de comunicaciones del satélite.
ALUMNOS:
JOSE LUIS LARA LARA (AL11508106)HECTOR PEÑALOZA GUTIERREZ (AL11508255)
NOVIEMBRE 2012
Física Unidad 4. La luzEvidencia de Aprendizaje
INTRODUCCION
En esta evidencia se dará una breve descripción de lo visto en el transcurso de la unidad 4 LA LUZ en la cual se inicia el estudio de las nociones fundamentales sobre el comportamiento de la luz, los fenómenos de la luz, que se comprenden mejor tomando como base su comportamiento ondulatorio, como la reflexión, refracción, polarización e interferencia. Así mismo, se han estudiado los fenómenos utilizando la explicación del modelo corpuscular de la luz, como el efecto fotoeléctrico y los rayos X.
OBJETIVOSPresentar evidencia teórico-conceptual de que se han analizado y comprendido los modelos usados para explicar los fenómenos de la LUZ, (comportamiento ondulatorio de la luz, la reflexión, la refracción, la polarización, la interferencia, y el efecto fotoeléctrico).
MODELOS QUE SE EMPLEAN Y DESARROLLO
Evidencia de aprendizaje
Sistema de comunicaciones del satélite.
1.-Realiza lo siguiente con tus compañeros de equipo:
Retomen los resultados de las prácticas que realizaron para integrar el reporte Sistema de comunicaciones del satélite. Este tercer reporte debe responder a los siguientes criterios:
• 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.
Con el objeto de entender como se hace la transmisión da datos, se considera importante hacer un breve recuento de los elementos que integran el Módulo de telecomunicaciones en un satélite:
Física Unidad 4. La luzEvidencia de Aprendizaje
Antena receptora.- Es una antena con forma parabólica que es identificable en el exterior del satélite, la cual es la encargada de captar las señales procedentes de la estación terrestre.
Receptor-conversor.- Es un receptor de bajo nivel de ruido y conversor de frecuencia, que adquiere las altas frecuencias recibidas por la antena receptora, las amplifica y las convierte en señales de frecuencia más baja.
Sistema multiplexor de entrada.- Es un conjunto de elementos pasivos dispuestos en forma de guía de ondas, cuya misión es seleccionar (discriminar) todo el grupo de señales entrantes en canales individuales, para su posterior aplicación a la entrada respectiva de cada una de las etapas amplificadoras.
Amplificador de canal.- Proporciona el nivel óptimo de señal antes de ser designada a la etapa amplificadora de potencia. Agrega un atenuador variable ajustable desde tierra mediante telecomando, para adaptarlo al punto de trabajo del repetidor.
Multiplexor de salida.- Este elemento realiza la función inversa a la del multiplexor de entrada, en el sentido de que reúne todas las señales procedentes de los diferentes canales y aplicarlas en grupo a la antena de transmisión.
Etapa de potencia.- Consiste en un amplificador de ondas progresivas de alta potencia, y de los elementos encargados de suministrar a sus electrodos la
Física Unidad 4. La luzEvidencia de Aprendizaje
energía eléctrica necesaria. Por ejemplo, en el caso de una emisión de televisión, determinará la calidad de la señal de recepción en los aparatos terrestres.
Antena transmisora.- Consiste en una antena parabólica u offset, encargada de radiar a la tierra todas las señales de los diferentes canales de comunicaciones. Su diseño es de gran rendimiento y se orienta a uno o más puntos de la tierra en donde está situada la estación terrestre para evitar la interferencia entre los haces ascendente y descendente.
El conjunto de elementos anteriormente descritos y que apoyan los procesos de recepción-conversión-transmisión de un satélite de comunicaciones compunmente se denomina "transponder".
FRANCO, CRESPO JUAN; Cómo funciona un satélite de comunicaciones; Recuperado el 4 de Noviembre de 2012 de: http://www.natureduca.com/radioblog/?p=15
Ahora bien, de igual forma, debemos entender que es una onda y su movimiento:
Movimiento ondulatorio: Es el proceso por el que se propaga energía de un lugar a otro sin transferencia de materia, es decir a través de ondas mecánicas o electromagnéticas.
Cuando la energía se transmite a través de un medio material, sin ningún movimiento global del propio medio, se dice que son ondas mecánicas; siendo entonces las ondas electromagnéticas, las únicas ondas que no requieren un medio material para su propagación son; en ese caso las oscilaciones corresponden a variaciones en la intensidad de campos magnéticos y eléctricos.
El tipo de movimiento característico de las ondas se denomina movimiento ondulatorio.
Física Unidad 4. La luzEvidencia de Aprendizaje
Por lo que para definir lo que es una onda, debemos decir que es una perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vacío.
FISICANET (2012), Movimiento Ondulatorio ; Recuperado el 28 de Octubre de 2012 de http://www.fisicanet.com.ar/fisica/ondas/ap02_ondas_electromagneticas.php#.UI3GdqBhV3U
De tal suerte que, para entender una onda, también debemos entender sus características:
Amplitud:
Puede decirse que es la altura de la onda. Es la máxima distancia que alcanza un punto al paso de las ondas respecto a su posición de equilibrio.
Frecuencia:
La frecuencia (f) es la medida del número de ondas que pasa por un punto en la unidad de tiempo. Se mide en hertzios (Hz) que es el equivalente a una vibración por segundo. Por ello, también se utiliza el s-1 como unidad para medir la frecuencia.
Para conocer la frecuencia de una onda la dividimos en partes que van desde una "cresta" a la siguiente de forma que el número de crestas que pasa por un punto en cada segundo es la frecuencia.
La frecuencia de una onda es la inversa de su período T, que es el tiempo que tarda en avanzar una distancia igual a su longitud de onda.
Física Unidad 4. La luzEvidencia de Aprendizaje
Longitud de onda:
La longitud de onda es la distancia entre dos crestas consecutivas. Como todas las distancias, se mide en metros, aunque dada la gran variedad de longitudes de onda que existen suelen usarse múltiplos como el kilómetro (para ondas largas como las de radio y televisión) o submúltiplos como el nanómetro o el Angstrom (para ondas cortas como la radiación visible o los rayos X).
Velocidad:
Es la rapidez con que se propaga la onda. Se calcula utilizando la siguiente ecuación:
EDUCAPLUS.ORG (2012); La luz y sus propiedades; Recuperado el 28 de Octubre de 2012 de http://www.educaplus.org/luz/ondas.html
Física Unidad 4. La luzEvidencia de Aprendizaje
Con todas las anteriores consideraciones, es importante señalar que la onda transmitida desde de satélite tendrá un comportamiento SINUSOIDAL.
Dicto tipo de onda, estará por la ecuación de ondas, misma que describe el estado de vibración de cualquier punto alcanzado por las ondas en una posición y momento determinados. En su forma más simple, para una onda unidimensional, esta ecuación es:
Y= A·sen(w·t- k·x)
En esta ecuación: w=6.2832/T, se llama frecuencia angular, mientras que k=6.2832/L es el número de ondas. También es importante considerar que las ondas electromagnéticas no necesitan un medio material para propagarse. Así, estas ondas pueden atravesar el espacio interplanetario e interestelar y llegar a la Tierra desde el Sol y las estrellas. Independientemente de su frecuencia y longitud de onda, todas las ondas electromagnéticas se desplazan en el vacío a una velocidad c = 299.792 km/s.
Todas las radiaciones del espectro electromagnético presentan las propiedades típicas del movimiento ondulatorio, como la difracción y la interferencia. Las longitudes de onda van desde billonésimas de metro hasta muchos kilómetros. La longitud de onda (l) y la frecuencia (f) de las ondas electromagnéticas, relacionadas mediante la expresión l·f = c son importantes para determinar su energía, su visibilidad, su poder de penetración y otras características.
Física Unidad 4. La luzEvidencia de Aprendizaje
SOCIEDAD ESPAÑOLA DE ELECTROMEDICINA E INGENIERIA CLINICA; Ondas Electromágneticas; Madrid, España; Recuperado el 28 de Octubre de 2012 de http://www.seeic.org/articulo/files/ondas%20electromagneticas.pdf
En conclusión, en lo referente a las comunicaciones por satélite, las ondas electromagnéticas se transmiten a través del espacio usando satélites artificiales situados en órbita alrededor de la Tierra. Dicho satélite actúa primordialmente como un repetidor situado en el espacio: recibe las señales enviadas desde la estación terrestre y las remite a otro satélite o de regreso a los receptores terrestres.
Y en este sentido, para saber que características deben tener las ondas satelitales, debemos comenzar el análisis bajo el supuesto de que la radio funciona en AM (amplitud modulada) y FM (frecuencia modulada), y es este tipo de ondas, las que se pueden usar para lograr que las computadoras tengan comunicación, dado que son fáciles de generar y así mismo tienen la ventaja de viajar grandes distancias penetrando edificios sin problemas; este tipo de ondas son omnidirecionales (apuntan hacia todas las direcciones, por lo que el transmisor y el receptor no tienen que estar alineados).
• Describir la forma de evitar la interferencia y el ruido en las comunicaciones usando los resultados de la práctica 2.
1. Debe reducirse al mínimo la radiación fuera de la zona de servicio (en particular, los lóbulos laterales) con miras a reducir la interferencia y facilitar los problemas de coordinación con otras redes.
MAYA DIEGO MARTIN (2008), Uso eficiente de la Órbita de los satélites Geoestacionarios; Argentina; Recuperado el 29 de Octubre de 2012 de http://www.cnc.gov.ar/publicaciones/N6_SatGeo.pdf
2. El satélite contiene varios transpondedores, cada uno de los cuales capta alguna porción del espectro, amplifica la señal de entrada y después la redifunde a otra frecuencia para evitar la interferencia con la señal de entrada; por lo que dos transponedores pueden aplicar diferentes polarizaciones a la señal, de modo que puedan utilizar la misma gama de frecuencias sin interferencia.
ZAMORA CAMILA (2008), Redes Satélitales; México; Recuperado el 29 de Octubre de 2012 de http://comunicacionsatelitalkmilamichael.blogspot.mx/
Física Unidad 4. La luzEvidencia de Aprendizaje
3. Para evitar interferencia en el equipo emisor / receptor, se usan frecuencias diferentes a la subida y a la bajada.
4. Las frecuencias se han dividido en bandas, donde las bandas C, X y Ku, mismas que son la más comunes en la comunicación satelital; por lo que en esta parte debe comprenderse que el uso de diversas frecuencias de hace para evitar que se crucen dos o más ondas de la misma naturaleza y de igual longitud de onda y se produzca el fenómeno de interferencia.
BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA; Medios de transmisión. Recuperado el 4 de Noviembre de 2012 de: http://www.cs.buap.mx/~iolmos/redes/6_Medios_Guiados_NoGuiados.pdf
Así mismo, recordando que el patrón de doble rendija tiene las mismas ecuaciones que el de doble fuente, con la excepción de lo que es conocido como ordenes perdidos. Y que se calcula a partir de observar que las regiones brillantes de interferencia constructiva que se predicen con dicha no se observan porque coinciden con los ceros en el patrón asociado con la ecuación de una sola rendija. (Cuando d/a = 4, por ejemplo, líneas brillante que corresponden a m = 4, 8, 12, ... (multiplos of d/a) no se encuentran en el patrón, debido a que ninguna rendija envía ondas en esas direcciones), se considera que para el envío de señales debe considerarse el comportamiento de ordenes perdidos con el objeto de evitar retrasos en la señal.
• Describir el sistema para la toma de imágenes
Tomando como ejemplo un satélite de USA landsat es una plataforma que contiene dos sensores landsat-TM y landsat-MSS, el primero de los cuales tiene 7 bandas (azul, verde, rojo, 3 en el infrarrojo cercano y 1 en el infrarrojo térmico y el segundo 4 bandas (verde, rojo y 2 en el infrarrojo cercano).
La figura que se tomara, mostrara la ubicación, dentro del espectro electromagnético, de las 6 bandas de landsat que corresponden con el espectro solar.
La salida de radiación (emitida o reflejada) de la superficie terrestre es un fenómeno continuo en 4 dimensiones (espacio, tiempo, longitud de onda y radiancia). Un sensor debe muestrear en este continuo discretizándolo en cada una de esas dimensiones. El modo en que esta discretización se lleva a cabo define los cuatro tipos de resolución con los que se trabaja en teledetección:
Física Unidad 4. La luzEvidencia de Aprendizaje
Resolución espacial (tamaño de pixel) Resolución temporal (tiempo que tarda el satélite en tomar dos imágenes
del mismo sitito) Resolución espectral (capacidad de discriminar entre longitudes de onda
vecinas en el espectro, así como el número de bandas disponible). Resolución radiométrica (número de intervalos de intensidad que puede
captar el sensor).
Composición del ColorR rojo
G verdeB azul
Para representar los 3 colores básicos; puede utilizarse cada canal para representar la intensidad de una banda y obtener así una composición de color, la más obvia seria simular el color real. Para ello, en landsat, la correspondencia entre bandas y cañones sería:
b1 ->Bb2 ->Gb3 ->R
Pero como se dispone de más bandas, nada impide utilizarlas para generar visualizaciones en falso color. Estas composiciones servirán para resaltar los elementos que mayor reflectividad presentan en las bandas utilizadas, además de obtener visualizaciones más o menos estéticas. Por ejemplo, si se pasa la banda 4 de landsat (con alta reflectividad por parte de la vegetación) por el canal verde, la vegetación se verá mucho más claramente que si se utiliza la banda 2
b1 ->Bb4 ->Gb3 ->R
En general, se trata de aprovechar que podemos visualizar tres canales a la vez para introducir las tres bandas que más nos van a ayudar a discriminar visualmente los elementos que nos interesan.
FiltrosSe utilizan para destacar algunos elementos de la imagen. Consiste en la aplicación a cada uno de los pixeles de la imagen de una matriz de filtrado (generalmente de 3x3) que genera un nuevo valor mediante una media ponderada del valor original y los de los 8 pixeles circundantes. Mediante diferentes combinaciones de los factores de ponderación se pueden conseguir diferentes efectos.
Física Unidad 4. La luzEvidencia de Aprendizaje
UNIVERSIDAD DE MURCIA; Teledetección; Recuperado el 04 de Noviembre de 2012 de: http://www.um.es/geograf/sigmur/sigpdf/temario_10.pdf
• Describir el dispositivo para obtener energía eléctrica, usa los resultados de la práctica 3.
De las conclusiones obtenidas de la práctica 3, las cuales son:
Cuando se ilumina una placa metálica con radiación electromagnética, el metal emite electrones.
El número de electrones emitidos es proporcional a la intensidad de la radiación incidente.
Para cada metal existe una frecuencia umbral ν0 tal que para la radiación de frecuencia menor (ν < ν0) no se emiten electrones.
La energía cinética máxima de los electrones emitidos es proporcional a (ν - ν0) y es independiente de la intensidad de la radiación incidente.
Física Unidad 4. La luzEvidencia de Aprendizaje
La emisión de electrones es prácticamente instantánea, es decir aparece y desaparece con la radiación electromagnética, sin retraso detectable.
Se deduce que el dispositivo de energía eléctrica que usan los satélites está sustentado en dichos principios. Determinando en consecuencia el Subsistema de potencia eléctrica.
Mismo que permite funcionar adecuadamente a todo satélite, dado que el mismo necesita un suministro de potencia eléctrica sin interrupción y sin variaciones significativas en los niveles de voltaje y corriente. La cantidad de potencia requerida por cada uno en particular depende de sus características de operación, y normalmente oscila entre los 500 y los 2 000 watios. El subsistema de potencia eléctrica consiste en tres elementos fundamentales: una fuente primaria, una fuente secundaria y un acondicionador de potencia; este último integrado por dispositivos como reguladores, convertidores y circuitos de protección que permiten regular y distribuir la electricidad con los niveles adecuados a cada una de las partes del satélite.Con excepción de las primeras horas, en que se utiliza como fuente de alimentación las baterías del satélite, el resto del tiempo la energía se recibe gracias a los paneles solares. En los satélites de comunicaciones todavía no se utilizan fuentes de energía nuclear como elCurio-244 o el Plutonio porque, aun cuando la protección contra las radiaciones del resto de los componentes del satélite resulta sencilla, los combustibles nucleares son muy caros, y sólo tienen justificación en sondas espaciales.Una desventaja de las células solares de silicio es su bajo rendimiento (entorno al 10 por cien). Es probable que el uso de este semiconductor se sustituya en los próximos años por el arseniuro de galio, con factores de eficiencia muy superiores y menor dependencia de la temperatura, pero todavía es un material caro.Las células solares funcionan bajo el principio del efecto fotovoltáico. Cuanto mayor sea la densidad de flujo de energía solar que incide sobre el panel, mayor es la electricidad que generan. Cuando el satélite se encuentra a una unidad astronómica del Sol (es decir, a la distancia que hay entre la Tierra y el Sol), la intensidad de radiación solar sobre las célulases de 1350 watios por cada metro cuadrado de superficie. Suponiendo que un satélite estándar requiere alrededor de un kilowatio por hora y que el rendimiento es del 10%, senecesitan alrededor de ocho metros cuadrados para cubrir adecuadamente la demanda.Además, es necesario tener en cuenta otros factores como es el hecho de la degradación del material de las células, que puede dismiuir en un 30% después de siete años de operación, o que la radiación solar no es constante en el tiempo (eclipses, época del año e inclinación sobre la eclíptica, etc.) por lo que se hace necesario un elemento recargable que provea de energía al satélite cuando éste no recibe la luz solar. Estos elementos suelen ser baterías de Níquel-Cadmio
Física Unidad 4. La luzEvidencia de Aprendizaje
recargables que son fiables y de larga duración. Sin embargo, en algunos satélites se utilizan las de Níquel-HidrógPaegneo 2 q0ue poseen ventajas tecnológicas sobre las anteriores.
UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID; Tecnología e impacto de los satélites de comunicaciones; Madrid, España; Recuperado el 21 de Octubre de 2012 de http://www.dat.etsit.upm.es/~cbousono/satcom/afis.pdf
• 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.
El formato del reporte es a criterio del Facilitador, por lo que éste debe proporcionar al grupo con anticipación cómo se dosificará y organizará la información.
El (la) líder del equipo será el encargado de guardar el reporte con la última parte del proyecto, que después integrará en la carpeta que deberá enviar al (la) Facilitador (a). La nomenclatura para guardar su reporte es la siguiente: FIS_EA_U4_EQUIPO. Deben colocar el nombre del equipo al que pertenecen; dentro del reporte, no olviden agregar el nombre de los integrantes del mismo.
1. Entrega de la Evaluación del ProyectoPosteriormente, con el mismo equipo con el que implementaste la última parte del proyecto, integrarán los tres reportes de las unidades 2, 3 y 4 e informarás de los resultados finales en la Tercera etapa: Evaluación del proyecto
El trabajo debe contener lo siguiente: • Título• Autores• Resumen• Introducción• Desarrollo - Modelos que se emplean en el diseño y funcionamiento del satélite - Dispositivos - Resultados- Análisis de los resultados• Conclusiones• Fuentes de información (formato APA)El (la) líder del equipo guardará el reporte con la evaluación del proyecto. La nomenclatura para guardar su reporte es la siguiente: FIS_EA_EP_EQUIPO.
Física Unidad 4. La luzEvidencia de Aprendizaje
*Deben colocar el nombre del equipo al que pertenecen; dentro del reporte, no olviden agregar el nombre de los (las) integrantes del mismo.
La nomenclatura para enviar la carpeta es la siguiente: FIS_EU_EQUIPO. *Deben sustituir EQUIPO por el nombre del equipo al que pertenecen.
*Recuerden que el líder del proyecto es el encargado de integrar y enviar la carpeta que debe contener dos archivos: el primero de ellos con la última parte del proyecto nombrado FIS_EA_U4_EQUIPO; el segundo archivo deberá incluir la evaluación del proyecto nombrado FIS_EA_EP_EQUIPO.
BIBLIOGRAFIA
Libros de física:
http://www.ehu.es/chemistry/theory/mario.piris/files/fisica_cuantica.pdfhttp://fisicapdf.blogspot.mx/2011/12/libros-de-fisica-holliday-resnick-y.html
