Holt Science Spectrum A Physical Approach. Chapter 15 Communication Technology (p. 486)

Transcripción

1 Holt Science Spectrum A Physical Approach Chapter 15 Communication Technology (p. 486) Por favor, abre tu libro en el capítulo titulado La tecnología de la comunicación. Lee el texto y mira detenidamente las ilustraciones a medida que escuches este capítulo. [pausa] La tecnología de la comunicación En este capítulo, examinarás la ciencia y la tecnología de las telecomunicaciones, que implica enviar y recibir señales a larga distancia a través de medios electrónicos. Aprenderás cómo se transmiten señales a través de teléfonos, radios y televisiones. Y, en la última sección de este capítulo, estudiarás la tecnología informática y verás cómo funciona el Internet. ******************************** Comencemos pasando a la sección titulada Las señales y la telecomunicación. [pausa] En esta sección, examinarás la diferencia entre una señal y un código. También compararás las señales analógicas y las señales digitales. Finalmente, explorarás cómo las fibras ópticas y los enlaces de microondas transmiten señales. Te comunicas con la gente todos los días. Cada vez que hablas con un amigo, saludas con hola o adiós, o haces a alguien el gesto de "pulgares arriba", estás enviando y recibiendo información. Incluso estrechar la mano de alguien y fruncir el ceño son formas de comunicación. Las señales son diferentes de los códigos. Cada una de las distintas formas de comunicación que se acaban de mencionar usa señales. Una señal se define como un signo o un símbolo que representa información, por ejemplo una orden, una instrucción o una advertencia. A menudo la gente usa señales no verbales junto con palabras para comunicarse. Communication Technology 1

2 La Figura 1 muestra algunas señales que son tan habituales en los Estados Unidos que casi todos reconocen su significado. La Figura 1A muestra un apretón de manos que indica amistad o buena voluntad. La Figura 1B muestra una luz verde que significa pasar. La Figura 1C muestra las manos alzadas de un árbitro que indican que se ha marcado un tanto. Las señales pueden verse en forma de gestos, banderas, luces, formas, colores e, incluso, corriente eléctrica. Por favor, mira la página siguiente. [pausa] En un partido de béisbol, a menudo el captador envía señales al lanzador. Estas señales pueden indicar al lanzador qué tipo de lanzamiento hacer. Para que el lanzador comprenda las señales del captador, los dos jugadores deben estar de acuerdo sobre el significado de las señales antes de que comience el partido. En otras palabras, los dos jugadores deben descifrar un código. Un código se define como un conjunto de reglas que se usan para interpretar las señales que transmiten información. Todos los días oyes y usas códigos, quizá sin ni siquiera ser consciente de ello. El idioma que hablas es un código. No todas las personas del mundo comprenden el idioma que hablas. La misma idea o el mismo mensaje se pueden representar en distintos idiomas usando símbolos muy diferentes. Por ejemplo, la frase thank you en inglés se puede expresar en español, árabe, chino o cualquier otro idioma usando símbolos diferentes en cada idioma. Algunos códigos suelen ser utilizados por grupos concretos. Por ejemplo, los químicos de todo el mundo reconocen A-u, P-b y O como los símbolos del oro, el plomo y el oxígeno. También todos los matemáticos reconocen los símbolos que significan igual a, menos, y más. Además de señales y códigos, la comunicación necesita un emisor y un receptor. Un emisor transmite, o envía, un mensaje a un receptor. Las señales se envían de muchas formas distintas. Communication Technology 2

3 Señales como saludar o llamar a alguien solamente pueden ser recibidas si la persona al otro extremo puede ver u oír la señal. En consecuencia, estas señales no se pueden enviar muy lejos. En muchas situaciones, hay que enviar un mensaje a larga distancia por lo que es necesario convertir la señal a una forma en la que pueda recorrer largas distancias fácilmente. La electricidad y las ondas electromagnéticas ofrecen medios excelentes para enviar señales a larga distancia. Convertir el sonido en una corriente eléctrica es el primer paso al usar la electricidad para enviar una señal sonora. Esta señal eléctrica se produce usando un micrófono. El micrófono hace corresponder los cambios de las ondas sonoras con un cambio comparable de corriente. Puedes imaginar que el micrófono hace una copia del sonido en forma de electricidad. A continuación, esta señal eléctrica se desplaza a larga distancia por un alambre. Al otro extremo del alambre, un altavoz vuelve a convertir la señal eléctrica en sonido. Pasa a la página siguiente. [pausa] Un altavoz es un tipo de transductor. Un transductor es un dispositivo que convierte una señal de una forma a otra. Un altavoz hace lo mismo convirtiendo en sonido una señal eléctrica entrante. La Figura 2 muestra dos tipos de transductores: un altavoz y un micrófono. Acabas de aprender que un micrófono convierte una señal sonora en una señal eléctrica. Ahora echemos un vistazo a las telecomunicaciones. Poco después del descubrimiento de la corriente eléctrica, la gente intentó encontrar modos de usar la electricidad para enviar mensajes a larga distancia. En 1844, la primera línea telegráfica ofreció un modo más rápido de enviar mensajes entre Baltimore y Washington, D.C. Debido a este éxito, se instalaron más líneas telegráficas. En 1861, ya se podían enviar mensajes rápidamente entre San Francisco y la Costa Este. Communication Technology 3

4 Unos 30 años después de que estuviera establecido el servicio de telégrafo, se desarrolló el teléfono. Unos 25 más tarde, se inventó el telégrafo sin hilos. El telégrafo sin hilos hacía posible enviar mensajes por ondas radioeléctricas sin usar alambres ni cables. Enviar y recibir mensajes usando medios electromagnéticos se denomina telecomunicación. Pasemos a la página siguiente. [pausa] Qué tienen en común un termómetro, un velocímetro y una báscula de muelles? Son dispositivos analógicos. Esto significa que sus lecturas cambian constantemente a medida que cambia la cantidad que están midiendo. Las lecturas de la temperatura, la rotación de una rueda y el peso dadas por cada uno de estos aparatos de medida se llaman señales analógicas. Una señal analógica es una señal cuyos valores pueden cambiar continuamente a medida que cambia el valor de la cantidad que se está midiendo. La Figura 3 muestra un ejemplo de señal analógica. A medida que aumenta el peso en la báscula, la aguja de la báscula se mueve en una dirección. A medida que el peso disminuye, la aguja se mueve en dirección contraria. La posición de la aguja de esta báscula puede tener cualquier valor posible entre cero y veinte libras. La Figura 2 de la página anterior muestra una señal analógica de un micrófono. Esta señal analógica está en forma de corriente eléctrica variable. Las señales analógicas consisten en ondas radioeléctricas que se pueden usar para transmitir sonido a una radio o a un teléfono e imágenes a una televisión. Las señales digitales consisten en bits de información separados. Mientras que una señal analógica puede cambiar continuamente y se presenta con cualquier valor, una señal digital consta solamente de valores discretos o fijos. El sistema numérico binario es una forma de señal digital consistente en dos valores discretos: cero y uno. La Figura 4 muestra una combinación de seguridad que está en forma digital. La combinación está compuesta por valores discretos o dígitos. Cada dígito puede tener uno de seis valores: 1, 2, 3, 4, 5, o 6, 7, 8, o 9. Communication Technology 4

5 Un tipo sencillo de señal digital usa una luz intermitente. Los marineros usan a veces una lámpara de señalización intermitente para enviar comunicaciones en código Morse de barco a barco o de barco a costa. El código Morse fue desarrollado por Samuel Morse para transmitir información por telégrafo. El código Morse usa tres dígitos. Un dígito es un intervalo corto entre pulsaciones. Un segundo dígito es un intervalo largo entre pulsaciones. El tercer dígito es la ausencia de pulsaciones. Por favor, pasa a la página siguiente. [pausa] La mayoría de las señales digitales usan el código digital binario. Este código consta de dos valores, representados normalmente como cero y uno. Cada dígito binario se llama bit. En términos eléctricos, cero y uno están representados por los dos estados de una corriente eléctrica. Cuando no hay corriente, eso representa apagado o cero. Cuando hay corriente, eso representa encendido o uno. Se puede representar en código binario información como números, palabras, música e imágenes. La Figura 5 muestra un código digital binario que se usa para representar el alfabeto inglés. Observa en la Figura 5 que cada letra puede estar representada por una serie de ceros y unos. La mayoría de los sistemas de telecomunicación más modernos transmiten y almacenan datos en código digital binario. La Figura 6 muestra un lector de CDs, que usa un haz de rayos láser para leer la música almacenada digitalmente en el CD. Observa en la Figura 6 que el disco está formado por zonas lisas y hoyos. Un haz de rayos láser explora la superficie del disco y detecta si se refleja la luz o no. Si se refleja la luz, esa es una de las señales en el código binario. Si no se refleja la luz, esa es la otra señal en el código. El lector de CDs vuelve a convertir entonces la señal digital en sonido. Pero, cómo se puede almacenar digitalmente el sonido? Mira la página siguiente. [pausa] Communication Technology 5

6 El sonido es una onda consistente en compresiones, o zonas de presión elevada de aire, y rarefacciones, o zonas de presión baja de aire. Por tanto, se puede describir un sonido registrando los cambios de la presión de aire. La presión de aire se mide en números que están en dígitos binarios. Para representar una medida de presión se necesitan 16 bits. Entonces, cómo se mide la presión de aire de una onda sonora en números? En realidad, se hace indirectamente. Primero, un micrófono convierte el sonido en una señal analógica en forma de corriente eléctrica variable. Luego, un dispositivo electrónico mide esta corriente variable en números o dígitos a intervalos regulares. De hecho, para las grabaciones de sonido de CDs, se mide la corriente 44,100 veces cada segundo! Este proceso de conversión es el mismo básicamente para crear todas las señales digitales. Las señales digitales se pueden enviar rápidamente y con exactitud. Las señales digitales tienen muchas más ventajas que las señales analógicas. Algunos interruptores digitales están formados por componentes electrónicos simples. Estos interruptores digitales se pueden encender y apagar hasta un billón de veces por segundo. Esto hace posible que una señal digital transmita mucha información en un corto periodo de tiempo. El ruido y las situaciones estáticas tienen menos efecto en las transmisiones digitales. La mayor parte de las señales digitales incluyen códigos que no sólo revisan constantemente la pauta de la señal, sino que también están diseñados para corregir cualquier error en la transmisión de señales. En contraste, las señales analógicas deben ser recibidas, amplificadas y retransmitidas varias veces a lo largo de la ruta de transmisión. Cada vez que se hace esto, la señal puede quedar un poco más distorsionada. Echemos un vistazo al estatus actual de las telecomunicaciones. Communication Technology 6

7 Muchos aparatos de telecomunicación, como los teléfonos, transmiten señales a lo largo de alambres metálicos. Sin embargo, hay otras maneras de transmitir estas señales que son más eficaces. En el mundo actual, los alambres metálicos están siendo sustituidos por fibras de vidrio que transportan señales representadas por impulsos de luz. Las ondas radioeléctricas también se usan para transportar señales. Una llamada a otra parte del mundo implica probablemente enviar una señal por medio de un satélite de telecomunicaciones. Las fibras ópticas son más eficaces que los alambres metálicos. Una fibra óptica es una fibra delgada de vidrio o de plástico que se puede usar para transportar un haz de luz. La luz es reflejada por las paredes interiores de la fibra óptica. En las telecomunicaciones, las fibras ópticas transportan señales que se representan por impulsos de luz emitidos por un rayo láser. Pasemos a la página siguiente. [pausa] Muchas líneas de teléfono actualmente en uso en los Estados Unidos están hechas con fibras ópticas. La Figura 7 muestra que el sistema de fibra óptica es más ligero y más pequeño que el sistema de cable de alambre. Por tanto, el sistema de fibra óptica es más fácil de instalar. Un cable de alambre metálico estándar, que tiene unos 7.6 centímetros de diámetro, puede transportar hasta 1,000 conversaciones codificadas a la vez. Por otro lado, un solo cable de fibra óptica puede transportar 11,000 conversaciones a la vez usando el sistema de codificación actual. Como el uso de líneas telefónicas y de Internet se incrementa rápidamente, las compañías telefónicas están expandiendo activamente sus redes de fibra óptica. Los materiales usados para hacer las fibras son extremadamente puros. Una plancha de media milla de espesor fabricada con estos materiales podría transmitir tanta luz como el cristal de una ventana limpio. Los sistemas de retransmisión hacen posible enviar mensajes por todo el mundo. Communication Technology 7

8 Si has viajado por los Estados Unidos, habrás observado grandes torres de acero con dos o más cajas grandes triangulares o en forma de cono y, quizás, algunas antenas en forma de plato. Son torres de enlace de microondas. Estas torres usan frecuencias de microondas para transmitir y retransmitir señales por tierra. La Figura 8 muestra cómo una torre de enlace capta una señal de otra torre, amplifica la señal y, luego, retransmite la señal a la torre siguiente. La torre siguiente repite el proceso. La señal se pasa de torre a torre hasta que alcanza su destino finalmente. Esta red de torres puede transmitir señales de teléfono, de radio y de televisión por el país. Por favor, mira la página siguiente. [pausa] Una microonda es un tipo de onda electromagnética. Para enviar señales de microondas de una torre a otra, cada torre debe ser casi visible desde lo alto de la torre anterior. Una torre construida en las Montañas Rocosas sería capaz de retransmitir señales de 80 a 160 kilómetros de distancia. Sin embargo, una torre construida en las llanuras solamente puede retransmitir un poco más allá del horizonte, o a unos 40 kilómetros de distancia. Los satélites de telecomunicaciones reciben y transmiten ondas electromagnéticas. La transmisión de microondas te permite hacer llamadas a través de desiertos u otras zonas sin redes de alambres o de fibra óptica, pero debe haber torres de enlace de transmisiones para que este tipo de transmisión funcione. Así que, cómo puedes llamar a un amigo que vive al otro lado del océano en Australia? En el pasado, tu llamada habría sido transportada por un cable que cruzaba el océano entre continentes. Pero, como actualmente hay tantos teléfonos, ordenadores en línea y máquinas de fax, la demanda es demasiado grande para que la atiendan estos cables. En lugar de ello, los satélites de telecomunicaciones en la órbita espacial de la Tierra pueden ayudar a enviar estos mensajes. Communication Technology 8

9 Además, los satélites de telecomunicaciones convierten la energía solar en electricidad y, luego, usan esta electricidad para hacer funcionar receptores, transmisores y antenas. Estos satélites reciben y envían mensajes exactamente igual que las torres de enlace descritas anteriormente. Pero estos satélites están muy por encima de la Tierra por lo que pueden retransmitir señales entre estaciones terrestres que están a miles de kilómetros de distancia. Un satélite recibe una señal de microondas, llamada enlace ascendente, de una estación terrestre de la Tierra. Entonces, el satélite procesa y transmite una señal de enlace descendente a otra estación terrestre. Las señales de enlace ascendente y de enlace descendente están a distintas frecuencias por lo que se pueden identificar en tierra. Para una eficacia máxima, la antena transmisora del satélite debe estar enfocada de modo que cubra el área de terreno mayor posible sin que la señal llegue a ser demasiado débil. Esta área se llama huella del satélite. La huella del satélite aumenta a medida que aumenta la distancia del satélite respecto a la superficie de la Tierra. Usando varios satélites con huellas de satélite grandes, se puede transmitir una señal desde una localidad y recibirse en cualquier parte del mundo. Muchos satélites de telecomunicaciones tienen órbitas geoestacionarias. Quizás vives en una zona donde la gente usa antenas de satélite en forma de plato para recibir las señales de televisión. De ser así, puede que hallas observado que una antena parabólica de televisión siempre apunta en una dirección. Por qué no se tiene que mover el plato para seguir apuntando hacia un satélite que está orbitando alrededor de la Tierra? Pasa a la página siguiente. [pausa] Los satélites que transmiten señales de televisión recorren la órbita de la Tierra cada 24 horas, que es el mismo periodo de tiempo que tarda la Tierra en girar una vez sobre su eje. Por tanto, la posición del satélite relativa a la tierra no cambia. La órbita de este tipo de satélite se llama órbita geoestacionaria u órbita geosincrónica. Communication Technology 9

10 Para estar en una órbita geoestacionaria, un satélite debe estar a 35,880 kilómetros directamente por encima del ecuador de la Tierra. El satélite también debe tener una velocidad de 11,050 kilómetros por hora. La Figura 9 muestra un satélite geoestacionario que se mantiene en una posición fija por encima del mismo punto de la Tierra. Ahora, por favor, prestemos atención a los conceptos clave detallados en el Resumen. Una señal es un signo, un símbolo o un suceso que transmite un mensaje que se puede enviar usando gestos, formas, colores, electricidad o luz. Una señal analógica varía continuamente. Una señal digital representa la información en forma de dígitos discretos. Un código de dos números, llamado código digital binario, representa las condiciones "encendida" o "apagada" de la señal mediante un uno o un cero. Las telecomunicaciones envían una señal a larga distancia por medio de la electricidad o la luz. Se usan satélites para retransmitir señales de microondas por todo el mundo. ******************************** Communication Technology 10