آیا می دانید رادارها چگونه کار می کنند؟

نحوه کار رادارها:رادار یک سیستم الکترومغناطیسی است که برای شناسایی و تعیین موقعیت هدف استفاده می شود. با رادار شما می توانید داخل محیطی را ببینید که برای چشم غیر قابل نفوذ است، مانند تاریکی، باران، مه، برف، گرد و غبار و غیره. اما از همه مهمتر مزیت رادار توانایی آن در تعیین فاصله یا مرزهای یک هدف. برنامه رادار برای اهداف زمین، هوا، دریا، فضا و هواشناسی.

نحوه کار رادارها

اولین بار در سال 1901 در داستان علمی تخیلی هوگو گرنزبارک، معروف به ژول ورن آمریکایی به تصویر کشیده شد. در سال 1906 یک دانشجوی آلمانی 23 ساله به نام هولفرسر وسیله ای ساخت که با اصول رادار مدرن او می توانست به موانع امواج بفرستد و بازتاب آنها را دریافت کند. آزمایش اولیه ارسال امواج الکترومغناطیسی به هواپیما توسط دانشمند فرانسوی پیر دیوید انجام شد. در آغاز جنگ جهانی دوم، تکنسین های انگلیسی موفق به ساخت اولین مدل های رادار امروزی شدند. اما کارشان مشکل بزرگی داشت. امواج به نقطه ای که می خواستند نرسیدند و تنها 5000 متر برد داشتند.

به همین دلیل است که فرانسوی دیگری به نام موریس پونت در سال 1930 وسیله جالبی به نام Manitron اختراع کرد که امواج رادیویی بسیار کوتاهی تولید می کند. رادار ارسال امواج قبلی اختراع پونت برای اولین بار در سال 1935 بر روی یک کشتی به نام نرماندی نصب شد که آن را از برخورد با کوه یخی بزرگ شناور در اقیانوس محافظت می کرد. رادارعلاوه بر کاربرد گسترده آن در هوا، سطح دریا را نیز تسخیر کرد.

اما این دستگاه ها چگونه کار می کنند؟

کلمه رادار امروزه در سراسر جهان استفاده می شود، رادار مخفف (تشخیص و برد رادیویی) و این یعنی تشخیص با کمک اجاق های مایکروویو. در واقع، کشف رادار از یک پدیده فیزیکی بسیار طبیعی به نام انعکاس گرفته شده است، همه ما بارها و بارها بازگشت صدا را در برابر صخره های عظیم تجربه کرده ایم. نور خورشید نیز از همان پدیده ای استفاده می کند که در شب از ماه به ما می رسد.

بیایید نحوه عملکرد رادارها را با یک مثال ساده توضیح دهیم.

فرض کنید لبه چاهی ایستاده اید، اگر در داخل چاه فریاد بزنید، پس از چند لحظه صدای بازگشت را خواهید شنید و دلیل این پدیده این است که برخی از امواج صوتی فریاد شما به سطح اصابت می کند. مثلاً بدنه چاه یا آب) ته چاه) برخورد می کند و به سمت شما منعکس می شود و به گوش شما می رسد و دوباره آنها را می شنوید. به این پدیده اکو یا اکو می گویند.

فاصله زمانی بین لحظه ای که فریاد می زنید و لحظه ای که پژواک خود را می شنوید به فاصله بین شما و سطح بازتابنده موج بستگی دارد. به راحتی می توان فهمید که این فاصله با بودجه کمی قابل محاسبه است.

یکی دیگر از اتفاقات رایج در رادار معروف به داپلر. برای درک بهتر پدیده داپلر یک مثال ساده می زنیم.

فرض کنید ماشینی که با سرعت 60 مایل در ساعت (تقریباً 97 کیلومتر در ساعت) حرکت می کند بوق می دهد. هنگامی که خودرو نزدیک می شود، با نزدیک شدن خودرو، سیگنال صوتی به طور یکنواخت شنیده می شود، اما زمانی که خودرو از مقابل شما عبور می کند، سیگنال های صوتی به شدت کاهش می یابد. اگرچه این صدای یک بوق است، اما آن بوق همیشه صدا تولید می کند، اما پدیده داپلر باعث می شود که شما صدا را به این طریق بشنوید.

چرا این اتفاق می افتد؟

سرعت صوت تقریباً در حدود 600 مایل در ساعت ثابت است، البته به شرطی که هوا آرام باشد. (سرعت دقیق آن به فشار، دما و رطوبت بستگی دارد.) تصور کنید که ماشین دقیقاً یک مایل دورتر از شما متوقف شده است و به مدت یک دقیقه به طور مداوم بوق می دهد. امواج صوتی که سیگنال صوتی را ساطع می کنند با سرعت 600 مایل در ساعت حرکت می کنند و شما یک بوق را با تاخیر 6 ثانیه می شنوید. (زیرا 6 ثانیه طول می کشد تا امواج با سرعت 600 مایل در ساعت حرکت کنند، یک مایل بین شما و شما)

حال تصور کنید که ماشینی با سرعت 60 مایل در ساعت به سمت شما در حال حرکت است. مبدا ماشین یک مایل دورتر است و یک دقیقه کامل بیپ می دهد. همچنان صدایی با تاخیر 6 ثانیه می شنوید، اما این بار فکر می کنید که ماشین فقط 54 ثانیه بوق می دهد. به این دلیل که ماشین بعد از یک دقیقه دقیقا مقابل شما قرار می گیرد و صدا بلافاصله و بدون معطلی به شما می رسد.

ماشین (از دید راننده) یک دقیقه کامل مدام بوق می زد چون او هم با ماشین حرکت می کرد و صدا بدون معطلی به او می رسید. اما در موقعیت شما، امواج صوتی تولید شده در یک دقیقه در 54 ثانیه فشرده می شود. در واقع، همان تعداد امواج صوتی در زمان کمتری بسته بندی می شوند.

درست است فرکانس آنها بزرگ‌نمایی می‌شوند و صدای آن را بلندتر از آنچه که هستید خواهید شنید. اما وقتی ماشین از جلوی شما می گذرد، همه این اتفاقات به صورت معکوس تکرار می شوند و همان میزان صدا در مدت زمان طولانی تری منتشر می شود، بنابراین فرکانس کاهش می یابد و صدای آهسته تری از آنچه که هستید می شنوید.

حالا برای کمک اکو و پدیده داپلر ما می توانیم فاصله و سرعت اجسام تا فرستنده را محاسبه کنیم. برای مثال در مثال های بالا می توانیم سرعت و مسافت خودرو را نسبت به خود با توجه به مدت زمانی که از لحظه سیگنال صوتی تا صدای بوق سپری شده است محاسبه کنیم.

این فرآیند همان فرآیندی است که در رادارهای صوتی استفاده می شود. رادارهای صوتی در طبیعت نیز یافت می شود مثلاً خفاش بینایی ضعیفی دارد و با کمک ماهیت راداری خود می تواند موانع دوردست را تشخیص دهد. هنگامی که خفاش پرواز می کند، فریادهای مافوق صوت خاصی از خود ساطع می کند که از خفاش پریده و ضربه می زند و به گوش نابینا می رسد. صداهای مافوق صوت از طریق این پژواک، نوع مانع و فاصله آن را تشخیص می دهند و به گونه ای پرواز می کنند که از برخورد با آنها در امان باشد.