Aplicación de la física a la tecnología de las comunicaciones

Por qué los humanos se comunican

Los seres humanos se tratan de comunicación. Nos comunicamos con nuestras familias. Nos comunicamos con nuestros compañeros de trabajo. Nos comunicamos con extraños. Las comunidades que desarrollamos no podrían haberse sostenido sin una buena comunicación. Y hoy, donde todo el mundo está conectado, la comunicación sigue siendo vital. Pero para comunicarnos a grandes distancias en diferentes momentos del día y de la noche, necesitamos algunos trucos bajo la manga.

Comprender la física es tan integral para esos trucos que realmente no hay ejemplo de tecnología de la comunicación que no sea una aplicación de la física. Después de todo, la física es la ciencia que se ocupa de la naturaleza y propiedades de la energía y la materia; intenta explicar todo en el universo. El teléfono era una aplicación de la física. Yendo más atrás, también lo fue el telégrafo.

Pero para esta lección, nos centraremos en algunas tecnologías de comunicación modernas y sus orígenes en la física. Para enviar una comunicación de un lugar a otro, una señal (o datos) debe pasar entre las ubicaciones. Hay dos tipos principales de señales: analógicas y digitales.

Señales analógicas y ondas electromagnéticas

Una señal analógica en física es solo una onda. Hay muchos tipos de ondas, pero para la comunicación, la mayoría de las importantes forman parte del espectro electromagnético . El espectro electromagnético incluye luz, ondas de radio, microondas, infrarrojos, ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

Un ejemplo de envío de comunicación analógica sería la comunicación por satélite. Los satélites son objetos artificiales en órbita alrededor del planeta, como la Tierra. Usamos satélites para muchas cosas, pero la comunicación es probablemente la más común. Uno de los primeros usos de un satélite fue cuando el presidente de los Estados Unidos pudo transmitir un mensaje de Navidad en 1958, el primer mensaje que se transmitió por el espacio. Hoy en día, los satélites de comunicación se utilizan para transmitir mensajes en todo el mundo para empresas, entre líderes mundiales, informes de noticias e incluso llamadas telefónicas y conexiones a Internet.

Las señales que envían los satélites son ondas de radio. Esas ondas de radio se utilizan para enviar nuestras comunicaciones al espacio, y luego los satélites las transmiten a la Tierra, nuevamente como ondas de radio. El patrón de la onda representa el audio exacto que se transmite. Un pico grande puede ser un sonido fuerte, por ejemplo, y uno pequeño, un sonido silencioso. Pero las computadoras que envían y reciben esas señales no son analógicas, son digitales. Y la física de las señales digitales es bastante diferente.

Señales digitales y electrones

Las computadoras que se utilizan para enviar y recibir las señales funcionan según los principios de la física; convierten las ondas de radio analógicas en señales digitales representadas por electrones que se mueven a lo largo de los circuitos. Las señales digitales contienen una serie de unos y ceros, también conocidos como binarios. Las computadoras entienden este idioma perfectamente. La corriente eléctrica (flujo de electrones) varía para representar estos unos y ceros.

Pero para confundir las cosas, las señales digitales también se pueden enviar mediante radiación electromagnética. Esto generalmente se hace a través de una tecnología de comunicación llamada fibra óptica.

Los cables de fibra óptica son cables que contienen materiales translúcidos llamados fibras ópticas que pueden transportar ondas electromagnéticas, generalmente infrarrojas. Esa luz infrarroja se refleja en los lados del cable para continuar a lo largo hasta llegar a su destino. Estas señales son digitales, al igual que los electrones: un pulso de luz representa un uno y la ausencia de un pulso representa un cero. Las computadoras pueden recibir estos pulsos y darles sentido.

Los cables de fibra óptica se utilizan a menudo para enviar señales de audio en sistemas de cine en casa y para conexiones a Internet. Pero realmente, los cables de fibra óptica se pueden utilizar para transmitir cualquier tipo de información, incluidas las llamadas telefónicas. A menudo se utilizan en conexiones importantes, como enlaces de comunicación empresarial costosos o enlaces de larga distancia.

Y luego está Internet. El Internet es un sistema mundial de ordenadores conectados que permiten la transferencia de información y comunicación, como correos electrónicos, conversaciones de audio y video chats. Internet es probablemente uno de los mayores avances de los últimos 30 años. Ha revolucionado la forma en que nos comunicamos, hacemos negocios y aprendemos sobre nuestro mundo.

Los datos enviados a través de Internet pasan de un lugar a otro a través de señales eléctricas (electrones en movimiento) o pulsos de luz en cables de fibra óptica. Pero lo que realmente hace posible Internet es la electrónica en cada extremo: las computadoras. Las computadoras y toda la electrónica se basan en electrones. Por eso se les llama electrónica . Los electrones se mueven en los circuitos eléctricos que alimentan los componentes. Los electrones de las computadoras no solo alimentan los componentes, sino que también transfieren datos y permiten que los componentes se comuniquen entre sí. Para crear una computadora, se necesita un conocimiento profundo de cómo funcionan los electrones y cómo funcionan los circuitos.

Las computadoras también contienen semiconductores , que son materiales que conducen la electricidad, pero no tan bien como los metales. Esto nos permite controlar mejor la forma en que fluye la electricidad y producir computadoras súper rápidas y súper pequeñas. Estábamos llegando al final de la lección, pero esta lección prácticamente podría durar para siempre. Eso es porque cada una de las tecnologías que usamos no podría haber sido posible sin nuestro conocimiento de la física.

Resumen de la lección

La comunicación está en el corazón de la sociedad humana, por lo que hemos desarrollado muchas formas de comunicarnos entre nosotros incluso a grandes distancias. Teníamos telégrafos, seguidos de teléfonos, y ahora tenemos Internet.

Podemos enviar señales a grandes distancias transmitiendo radiación electromagnética a un satélite, que luego la envía de regreso a la Tierra. Las fibras ópticas son cables translúcidos que nos permiten enviar pulsos de luz hacia abajo para transmitir información. E Internet es una red mundial interconectada de computadoras que permite la transmisión de datos, incluidas comunicaciones como correos electrónicos, conversaciones de voz y videoconferencias.

La física nos permite comprender la radiación electromagnética que utilizamos para transmitir datos con fibra óptica y satélites y construir computadoras que interpretan esas señales y transmiten datos en Internet. Toda la electrónica, incluidas las computadoras, se basa en el movimiento de electrones en circuitos eléctricos, que están diseñados a partir de nuestra comprensión de ellos utilizando la física. Cada tecnología que tenemos hoy tiene la física para agradecer su existencia.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador