Magal

Como funcionam os radares?.

http://www.desastresaereos.net/im_radar_torreaviao.jpg

Ouça e veja o radar on line: Radar

O radar é algo que está presente a nossa volta, embora seja normalmente invisível. O controle de tráfego aéreo usa radares para rastrear aviões no solo como no ar, além de usá-lo também na hora de orientar os pilotos para que façam pousos suaves.

Além disso, quem também usa os radares é a polícia, mas com o objetivo de detectar a velocidade dos automóveis. Já a NASA os usa para mapear a Terra e outros planetas, para rastrear satélites e fragmentos espaciais e para ajudar na hora de manobrar suas aeronaves. Os militares, por sua vez, usam radares para detectar os inimigos e guiar suas armas até os alvos.

Os meteorologistas usam radares para rastrear tempestades, furacões e tornados. Até o dispositivo que faz as portas das lojas abrirem automaticamente é um tipo de radar. Depois de ver todos esses casos, nem preciso dizer que o radar é uma tecnologia extremamente útil.
,
http://www.desastresaereos.net/im_radar-intro.jpg

Quando as pessoas usam radares, geralmente estão tentando fazer uma destas 3 coisas:
• detectar a presença de um objeto distante: o normal é detectar objetos que estejam em movimento, como um avião, mas os radares também podem ser usados para detectar objetos imóveis enterrados;
• detectar a velocidade de um objeto: esta é a razão por que a polícia usa o radar;
• mapear algo: o ônibus espacial e os satélites artificiais em órbita usam algo chamado de Radar de Abertura Sintética (SAR) para criar mapas topográficos detalhados da superfície dos planetas e de suas luas.
O interessante é que essas três atividades podem ser realizadas usando duas coisas com as quais você deve estar bem familiarizado no seu dia-a-dia: o eco e o efeito Doppler.
Estes dois conceitos são fáceis de entender em termos de som porque seus ouvidos escutam ecos e o efeito Doppler todos os dias. Pois é, o radar aproveita essas duas coisas, só que utilizando ondas de rádio. Neste artigo, vamos revelar todos os segredos dos radares.
Primeiro, vamos dar uma olhada na versão sonora, já que ela é mais familiar para você.
.
O eco e o efeito Doppler
.
O eco é algo perceptível. Se você gritar na direção de um poço ou cânion, o eco volta logo depois. Mas por que isso ocorre? O eco acontece porque algumas das ondas sonoras do seu grito se refletem em uma superfície e fazem todo o caminho de volta até os seus ouvidos. O tempo levado entre o momento em que você gritou e o momento em que ouviu o eco é determinado pela distância entre você e a superfície que o criou.
Mas não é só o eco que é comum, o efeito Doppler também o é. Você deve senti-lo todos os dias, mas provavelmente não nota. Ele acontece quando o som é gerado, ou refletido, por um objeto em movimento ou refletido nele. Em casos de velocidade extrema é o efeito Doppler que cria o ruído sônico (veja abaixo). O efeito Doppler pode ser entendido da seguinte forma: digamos que há um carro vindo na sua direção a 60 km/h e o motorista está buzinando. Você vai ouvir a buzina tocando uma "nota" enquanto o carro se aproxima, mas quando o carro passar por você, o som da buzina vai mudar para uma nota mais grave. O efeito Doppler causa essa mudança.
O que acontece é o seguinte: a velocidade do som que se propaga pelo ar do estacionamento é fixa. Para simplificar nossos cálculos, vamos dizer que essa velocidade é de 900 km/h (a velocidade exata depende da pressão do ar, da temperatura e da umidade). Imagine que o carro está parado a uma distância de exatamente 1,0 km de você e fica buzinando por um minuto, nem um segundo a mais, nem um segundo a menos. As ondas sonoras da buzina se propagam na sua direção a uma velocidade de 900 km/h. Você vai ficar sem ouvir nada nos quatro primeiros segundos (tempo para o som percorrer 1,0 km a uma velocidade de 900 km/h), seguidos de um minuto do som da buzina.

http://www.desastresaereos.net/im_radar_echo.gif

.
Quando gritamos em um poço, o som do grito vai até lá embaixo e é refletido (ecoa) na superfície da água existente no fundo desse poço. Se você contar o tempo que o eco demora para retornar e souber a velocidade do som, dá para calcular a profundidade do poço com muita precisão.
.
http://www.desastresaereos.net/im_radar_doppler1.gif

Efeito Doppler: a pessoa atrás do carro ouve uma nota mais grave do que o motorista,
porque o carro está se distanciando. A pessoa na frente ouve uma nota mais aguda
do que o motorista, porque o carro está se aproximando dela.

Agora, vamos imaginar que o carro está se movendo na sua direção a 60 km/h. Ele começa a se movimentar quando está a 1,0 km de você e buzina por um minuto exato. Você vai continuar a ouvir com quatro segundos de atraso, mas agora o som vai tocar por apenas 56 s. Isso acontece porque o carro vai estar junto a você depois de 1 min, fazendo com que o som emitido naquele momento chegue até você instantaneamente. No entanto, nada mudou, pois o carro (da perspectiva do motorista) buzinou por 1 min. Porém, como ele estava em movimento, esse minuto de som foi condensado em 56 s a partir da sua perspectiva, ou seja, a mesma quantidade de ondas sonoras foi colocada em uma quantidade de tempo menor. É por isso que a freqüência aumenta e a buzina chega até você com um tom mais agudo. A medida que o carro se distancia de você, o processo se inverte e o som se expande para preencher um intervalo de tempo maior, o que faz com que o tom fique mais grave.
.

Ruído sônico

Já que estamos falando de som e movimento, vamos aproveitar para entender os ruídos sônicos. Digamos que o carro esteja indo na sua direção exatamente na mesma velocidade que o som: por volta de 1.126 km/h. E a buzina continua a toda! As ondas sonoras geradas pela buzina não conseguem ir mais rápido do que a velocidade do som, o que significa que tanto o carro como o som da buzina estão vindo na sua direção na mesma velocidade, compactando todo o som que vem do carro. Apesar de não ouvir nada, dá para ver que o carro vem vindo. Quando ele finalmente chega até você, todo o som chega junto com ele, e acredite, este som é ALTO! Isso é que é o ruído sônico.
A mesma coisa acontece quando um barco viaja pela água mais rapidamente do que as ondas que percorrem essa água (as ondas em um lago se movem a uma velocidade de cerca de 8 km/h; lembre-se de que todas as ondas percorrem um meio a uma velocidade fixa). As ondas que o barco gera "compactam-se" e formam aquela onda em forma de V (rastro) que você percebe atrás do barco. Essa onda em forma de V não deixa de ser um tipo de ruído sônico. É a combinação compactada de todas as ondas que o barco gerou, deixando o rastro com forma de V, cujo ângulo é controlado pela velocidade do barco..
Para combinar o eco com o efeito Doppler, temos que fazer o seguinte: imagine que você emitiu um som muito alto na direção de um carro que está vindo em sua direção. Algumas das ondas sonoras vão rebater no carro (um eco), mas como o carro está vindo na sua direção, elas serão comprimidas, fazendo com que o som do eco seja mais agudo do que o som que você emitiu. Agora, o interessante mesmo é que, se você medir a frequência do eco, dá para determinar a velocidade do carro.
.
Entendendo os radares
.
Já vimos que o eco criado por um som pode ser usado para determinar a distância a uma referência e também vimos que podemos usar o efeito Doppler do eco para determinar também a velocidade de um objeto. Com isso, já é possível criar um "radar sonoro" e é exatamente isso o que um sonar é. Submarinos e barcos usam sonares o tempo todo. Além disso, é possível usar os mesmos princípios com o som que se propaga pelo ar, mas há alguns problemas a serem considerados:
• o som não chega muito longe (1,6 km no máximo);
• todo mundo consegue ouvir sons, então um "radar sonoro" causaria irritação em todos na vizinhança (para eliminar esse problema é só usar ultra-som em vez de som audível);
• como o eco seria muito fraco, provavelmente, ficaria difícil de ser detectado.
E é por esses motivos que, em vez de usar som, o radar usa ondas de rádio. Afinal de contas, elas percorrem grandes distâncias, são inaudíveis para humanos e fáceis de serem detectadas mesmo quando estão fracas.
.

http://www.desastresaereos.net/im_radar-antenna.jpg
À esquerda: as antenas do Complexo de Comunicações com o Espaço Distante Goldstone,
parte integrante da Rede de centros de comunicação com o espaço distante da NASA,
auxiliam as comunicações de rádio com as naves da NASA À direita: radares de busca aérea
e de superfície são montados no mastro da proa de um navio de mísseis teleguiados.
(Fotos cedidas para divulgação pela NASA e pelo Departamento de Defesa dos EUA)

Vamos considerar um radar comum projetado para detectar aviões durante o vôo. O equipamento liga seu transmissor e dispara uma rajada curta e de alta intensidade de ondas de rádio de alta freqüência. Essa rajada pode durar apenas um microssegundo. Então, o radar desliga o transmissor e liga o receptor para ouvir o eco. Em seguida, ele mede o tempo que o eco levou para chegar, assim como o efeito Doppler do eco. As ondas de rádio viajam na velocidade da luz, cerca de 300.000 km/s, o que significa que, se o equipamento tiver um relógio de alta velocidade, é possível medir a distância do avião com bastante precisão. Caso use um equipamento especial de processamento de sinais, o radar também pode medir o efeito Doppler com uma boa precisão e, dessa forma, determinar a velocidade do avião.
.
http://www.desastresaereos.net/im_radar_torreaviao.jpg
A antena do radar envia um pulso curto e de alta potência de ondas de rádio a uma frequência conhecida que, ao atingir um objeto, cria um eco cujo som é alterado pelo efeito Doppler.
.
Nos radares de solo, há mais possíveis interferências do que nos radares montados no ar. Quando um radar de trânsito dispara um pulso, ele ecoa em todos os tipos de objetos: pontes, montanhas, prédios etc. A maneira mais fácil de remover esse tipo de interferência é filtrá-la distinguindo o que sofreu o efeito Doppler e o que não sofreu. Um radar de trânsito faz isso: ele tem a capacidade de observar apenas os sinais alterados pelo efeito Doppler (além disso, a emissão do radar é concentrada em um ponto tão estreito que acaba atingindo somente o carro).
A polícia também está utilizando a técnica a laser para medir a velocidade dos carros. Esta técnica é chamada de LIDAR e utiliza luz no lugar das ondas de rádio.
.

Fonte: Marshall Brain. "HowStuffWorks - Como funciona o radar".
Publicado em 01 de abril de 2000 (atualizado em 07 de maio de 2008)
http://ciencia.hsw.uol.com.br/radar1.htm (19 de fevereiro de 2009)