Відповіді до підручника: Стр.126
Готова відповідь до завдання Стр.126 з ГДЗ Фізика 9 клас Засєкіна.
Фізика, 9 клас · Відповіді до підручника
Текстова відповідь
§ 22. Досліджуємо використання електромагнітних хвиль
§22 ДОСЛІДЖУЙ (радіокерування)
Прояви вміння в радіокеруванні. 1) Установи в системі радіоуправління (пульт + іграшка) дві частини — передавач (пульт) та приймач (іграшка) і визнач, який компонент у кожній частині відповідає за генерацію сигналу, випромінювання хвилі, прийом хвилі та перетворення сигналу на механічний рух. 2) За вказаною на пульті (або коробці) робочою частотою іграшки з’ясуй, до якого діапазону електромагнітних хвиль за шкалою параграфа вона належить і чому саме така частота використовується для радіоуправління; використовуючи цю частоту, обчисли довжину хвилі, порівняй її з розмірами антени іграшки й перевір, чи виконується умова ефективної антени: довжина ≈ половина або чверть довжини хвилі. 3) Увімкни іграшку та пульт, сплануй дослідження впливу відбиття, поглинання й поширення електромагнітних хвиль на роботу пристрою радіоуправління та запропонуй інженерні рішення для визначення (і збільшення) дальності або надійності зв’язку іграшки.
Приклад результатів досліду (умовні дані).
- Передавач і приймач у системі радіоуправління.
- Передавач (пульт):
- Генерація сигналу — електронна схема (генератор/мікроконтролер), що формує радіочастотний коливальний сигнал з модуляцією команд.
- Випромінювання хвилі — передавальна антена пульта (металевий штир, дріт усередині корпусу або доріжка на платі).
- Приймач (іграшка):
- Прийом хвилі — приймальна антена на іграшці.
- Перетворення радіосигналу на електричний керівний сигнал — радіоприймач (радіомодуль, дешифратор команд).
- Перетворення електричного сигналу на механічний рух — драйвери двигунів + електродвигуни (колеса, кермо, гусениці тощо).
- Частота, діапазон і довжина хвилі (на прикладі іграшки 2,4 ГГц).
- Нехай на пульті написано: "2.4 GHz" (2,4 ГГц).
- Діапазон за шкалою електромагнітних хвиль (мал. 22.1):
- 2,4 ГГц — це радіохвилі ультракороткого/мікрохвильового діапазону (довжина хвилі сантиметри).
- Цей діапазон зручний для радіоуправління, бо дозволяє:
- використовувати дуже короткі антени (кілька сантиметрів);
- передавати дані з малою потужністю на десятки метрів;
- працювати в спеціально виділеному «неліцензійному» ISM-діапазоні.
- Обчислення довжини хвилі:
- Швидкість поширення хвиль у повітрі беремо як у вакуумі: v ≈ 3 · 10⁸ м/с.
- ν = 2,4 · 10⁹ Гц.
- Довжина хвилі: λ = v/ν = (3 · 10⁸ м/с) : (2,4 · 10⁹ с⁻¹) ≈ 0,125 м = 12,5 см.
- Співвідношення з антеною:
- Умова ефективної антени: Lант ≈ λ/2 або λ/4.
- λ/2 ≈ 0,125 м : 2 ≈ 0,0625 м = 6,25 см.
- λ/4 ≈ 0,125 м : 4 ≈ 0,031 м ≈ 3,1 см.
- Для типової радіокерованої іграшки довжина антени (усередині корпусу чи як дріт) зазвичай 3–7 см, тобто близька до λ/4 або λ/2, тому умова ефективного випромінювання й прийому хвиль виконується.
- План дослідження впливу властивостей електромагнітних хвиль на роботу радіоуправління.
- Базове вимірювання дальності:
- Відкрита пряма видимість між пультом і іграшкою (на вулиці або у великому коридорі).
- Повільно відходити від іграшки, керуючи нею, і зафіксувати максимальну відстань, на якій команди ще виконуються впевнено (наприклад, ≈ 25 м).
- Вплив поглинання й екранів:
- Повторити дослід, розмістивши між пультом і іграшкою різні перешкоди:
- дерев’яні двері або меблі;
- цегляну/бетонну стіну;
- велику металеву пластину/фольгу.
- Для кожного випадку виміряти нову максимальну відстань керування.
- Очікуваний приклад (умовні дані):
| Умови | Макс. відстань упевненого керування |
|---|---|
| Відкрите приміщення (без перешкод) | ≈ 25 м |
| Через дерев’яні двері | ≈ 18 м |
| Через цегляну стіну | ≈ 10 м |
| За металевим екраном (фольга/деко) | сигнал різко слабшає або зникає |
- Вплив відбиття:
- Розмістити іграшку за кутом стіни (прямої видимості немає), а пульт — так, щоб сигнал міг дійти після відбиття від стіни.
- Повільно змінювати положення пульта та фіксувати, у яких положеннях зв’язок з’являється (хвиля доходить за рахунок відбиття) і де зникає (інтерференційні провали).
- Вплив орієнтації антен:
- Тримати пульт вертикально, потім горизонтально, змінювати положення іграшки (поворот корпусу).
- Записати, чи відчутно змінюється дальність або надійність прийому.
- Висновок за експериментом (за наведеним прикладом):
- Радіосигнал добре проходить крізь дерево й меблі, гірше — крізь товсті стіни.
- Метал майже повністю екранує хвилі, різко зменшуючи дальність зв’язку.
- Відбиття від стін може як покращувати (сигнал «обходить» перешкоду), так і погіршувати прийом (через інтерференцію).
- Приклади інженерних рішень для підвищення дальності й надійності зв’язку.
- Збільшити ефективність антен:
- зробити антену пульта та іграшки ближчою до λ/2 або λ/4 і розташувати її якомога вище й далі від металевих деталей.
- Підвищити чутливість приймача та (у межах норм безпеки) потужність передавача:
- це збільшить запас по сигналу на великих відстанях або в умовах перешкод.
- Використати стійкі методи модуляції й кодування:
- наприклад, цифрову модуляцію з перевіркою помилок, щоб команди не спотворювалися при перешкодах.
- Зменшити вплив екранів і відбиттів у реальному використанні:
- уникати металевих перешкод між пультом та іграшкою, орієнтувати антену так, щоб забезпечити найкращий прийом (пряма видимість або вигідне відбиття).