Відповіді до підручника: Стр.132

§ 22. Досліджуємо використання електромагнітних хвиль

ДУМАЙ 1

Радіохвилі мають довжини хвиль від приблизно десятків кілометрів до кількох міліметрів (від довгих до ультракоротких хвиль), що відповідає частотам орієнтовно від кількох кілогерців до сотень мегагерців–десятків гігагерців.

ДУМАЙ 2

У радіозв’язку використовують довгі, середні, короткі та ультракороткі радіохвилі.

ДУМАЙ 3

Першу комерційно успішну систему бездротового телеграфу створив Гульєльмо Марконі.

ДУМАЙ 4

Перша передача людського голосу по радіо відбулася 1906 року (дослід Реджинальда Фессендена).

ДУМАЙ 5

Іоносфера відбиває переважно короткі радіохвилі назад до Землі, забезпечуючи їх поширення на дуже великі відстані, а поверхня Землі відбиває та спрямовує довгі й середні хвилі, допомагаючи їм огинати кривизну планети.

ДУМАЙ 6

Пристрій, що приймає сигнали від телефону в мобільному зв’язку, називають базовою станцією (антеною стільникового зв’язку).

ДУМАЙ 7

Система радіоуправління містить дві основні частини: передавач (пульт керування) і приймач на борту іграшки або дрона.

ДУМАЙ 8

Низькочастотні електромагнітні хвилі мають дуже малу енергію та дуже велику довжину хвилі, через що їх важко ефективно випромінювати й приймати антенами реальних розмірів і вони сильно загасають в атмосфері, тому не придатні для далекого зв’язку.

ДУМАЙ 9

Телефон перетворює звук голосу на електричний сигнал і далі на радіохвилі, які приймає найближча базова станція; від неї сигнал по дротових або оптоволоконних лініях і через інші базові станції/центри комутації передається до базової станції, що обслуговує абонента-співрозмовника, а його телефон знову перетворює сигнал на звук.

ДУМАЙ 10

Під час руху телефон постійно вимірює рівень сигналу й автоматично «передається» мережею від однієї базової станції до іншої (відбувається хендовер), тому з’єднання підтримується без розриву.

ДУМАЙ 11

«Опитані нами фахівці сходяться на думці, що електромагнітні випромінювання — невід’ємна частина сучасних технологій зв’язку й медицини. Лікарі наголошують: побутові рівні випромінювання від мобільних телефонів, Wi‑Fi та радіо відповідають чинним нормам безпеки, однак закликають не зловживати гаджетами й дотримуватися простих правил користування. Інженери пояснюють, що завдяки електромагнітним хвилям ми маємо мобільний зв’язок, супутникову навігацію й бездротовий інтернет. Екологи нагадують про необхідність подальших досліджень і прозорого контролю рівнів випромінювання в містах, щоб суспільство почувалося захищеним.»

Задача 1

Запишемо формулу: v = λν, отже λ = v/ν, де v ≈ 3·10⁸ м/с.
Для 2,4 ГГц (ν₁ = 2,4·10⁹ Гц):
λ₁ = 3·10⁸ : 2,4·10⁹ ≈ 0,125 м = 12,5 см.
Для 5 ГГц (ν₂ = 5·10⁹ Гц):
λ₂ = 3·10⁸ : 5·10⁹ = 0,06 м = 6 см.
Отже, хвиля 5 ГГц має приблизно вдвічі меншу довжину, тому сильніше поглинається і гірше проходить крізь стіни, що зменшує радіус дії, але більша частота дозволяє передавати більше інформації за секунду (ширша смуга частот), тому швидкість передачі даних більша.

Задача 2

Дано: ν = 900 МГц = 9·10⁸ Гц; v ≈ 3·10⁸ м/с.
З формули v = λν: λ = v/ν = 3·10⁸ : 9·10⁸ = 1/3 м ≈ 0,33 м = 33 см.
Антену телефону роблять близько 8 см, бо для ефективного випромінювання й приймання достатньо антени довжиною приблизно λ/4: λ/4 ≈ 33 : 4 ≈ 8,3 см, тому реальна антена може бути короткою й зручною.

Задача 3

Дано: λ = 20 см = 0,20 м; v ≈ 3·10⁸ м/с.
Частоту хвилі визначаємо з v = λν: ν = v/λ = 3·10⁸ : 0,20 = 1,5·10⁹ Гц = 1,5 ГГц.
Повторюваність імпульсів (4 кГц) і їх тривалість не змінюють частоту самої електромагнітної хвилі.
Відповідь: ν ≈ 1,5 ГГц.

Задача 4

Дано: s = 36 000 км = 3,6·10⁷ м; v ≈ 3·10⁸ м/с.
Час поширення: t = s/v = 3,6·10⁷ : 3·10⁸ = 0,12 с.
Відповідь: сигнал доходить до супутника приблизно за 0,12 с.

Задача 5

Дано: s = 42 000 км = 4,2·10⁷ м; v ≈ 3·10⁸ м/с.
Час поширення: t = s/v = 4,2·10⁷ : 3·10⁸ = 0,14 с.
Отже, затримка між передачею сигналу супутником і його прийомом на Землі становить приблизно 0,14 с.