آیا میدانید رادارها چگونه کار میکنند؟

رادارها چگونه کار میکنند:رادار یک سیستم الکترومغناطیسی است که برای شناسایی و تعیین موقعیت هدف‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. با رادار می‌توان در جاهایی که چشم نمی‌تواند ببیند، مانند تاریکی، باران، مه، برف، گرد و غبار و غیره، اطلاعات دقیقی به دست آورد. اما مهمترین مزیت رادار، توانایی آن در اندازه‌گیری فاصله یا موقعیت هدف‌هاست. رادارها در زمینه‌های مختلفی از جمله شناسایی اهداف زمینی، هوایی، دریایی، فضایی و پیش‌بینی وضعیت آب و هوا به کار می‌روند.

رادارها چگونه کار میکنند

برای اولین بار در سال 1901، هوگو ژرنسبارک، که او را «ژول ورن» امریکایی می‌نامند، ایده رادار را در یک داستان علمی تخیلی مطرح کرد. در سال 1906، یک دانشجوی 23 ساله آلمانی به نام هولفسیر دستگاهی ساخت که بر پایه اصول رادارهای امروزی کار می‌کرد و می‌توانست امواجی را به سمت موانع بفرستد و بازتاب آنها را دریافت کند. آزمایش مهمی که ارسال امواج الکترومغناطیسی به سمت هواپیماهای در حال پرواز را انجام داد، توسط یک دانشمند فرانسوی به نام پیر دیوید انجام شد. در آغاز جنگ جهانی دوم، تکنسین‌های انگلسی موفق شدند نخستین مدل‌های راداری امروزی را بسازند، اما یک مشکل اصلی داشتند و آن اینکه امواج فقط تا پنج هزار متر برد داشتند.

به همین دلیل، یک فرانسوی دیگر به نام موریس پونت در سال 1930 موفق به اختراع دستگاهی به نام مانیترون شد که امواج بسیار کوتاه رادیویی را تولید می‌کرد. این پیشرفت باعث شد رادارها بتوانند تا ده‌ها کیلومتر بیشتر از رادارهای قبلی امواج را منتقل کنند. دستگاه اختراعی پونت در سال 1935 بر روی یک کشتی معروف به نام نرماندی نصب شد و توانست آن را از برخورد با کوه‌های یخی در اقیانوس محافظت کند. بدین ترتیب، رادار علاوه بر کاربرد در هوا، در سطح دریاها هم مورد استفاده قرار گرفت.

اما این دستگاه‌ها چگونه کار می‌کنند؟

امروزه کلمه رادار در سرتاسر دنیا استفاده می‌شود. RADAR مخفف (Radio Detection And Ranging) است که به معنای شناسایی با استفاده از امواج مایکروویو می‌باشد. در واقع، رادار بر پایه یک پدیده طبیعی به نام انعکاس کار می‌کند، که همه ما بارها برگشت صدا را در مقابل صخره‌ها تجربه کرده‌ایم. همچنین نور خورشید به وسیله همین پدیده است که از ماه به ما می‌رسد.

برای توضیح بهتر نحوه کار رادار، مثال ساده‌ای می‌زنیم.

فرض کنید که شما در لبه یک چاه ایستاده‌اید. اگر در داخل چاه فریاد بزنید، پس از مدتی صدای خود را خواهید شنید. دلیل این پدیده این است که برخی از امواج صوتی فریاد شما به سطحی برخورد کرده و دوباره به سمت شما منعکس می‌شوند. این پدیده به اصطلاح پژواک یا اکو نامیده می‌شود.

زمانی که شما فریاد زدید و بعد صدای خود را شنیدید، به فاصله بین شما و سطح منعکس کننده امواج بستگی دارد. با یک محاسبه ساده می‌توان این فاصله را به راحتی تعیین کرد.

پدیده دیگری که در رادارها وجود دارد، به نام داپلر شناخته می‌شود. برای درک بهتر این پدیده، مثالی ساده می‌زنیم.

فرض کنید که یک اتومبیل با سرعت 60 مایل در ساعت (تقریباً 97 کیلومتر در ساعت) به سمت شما در حال حرکت است و بوق خود را به صدا درمی‌آورد. هنگامی که اتومبیل در حال نزدیک شدن است، صدای بوق در ابتدا بلندتر به گوش می‌رسد و وقتی دور می‌شود، صدا کم‌کم ضعیف‌تر می‌شود. این تغییر صدا ناشی از پدیده داپلر است که در آن فرکانس صوتی با توجه به فاصله و سرعت منبع صدا نسبت به شنونده تغییر می‌کند.

“““html

حالا نزدیک شدن یک خودرو را در نظر بگیرید. صدای بوق آن به صورت یکنواخت و با نزدیک شدن اتومبیل بلندتر می‌شود، اما وقتی خودرو از کنار شما عبور می‌کند، صدای بوق ناگهانی کم می‌شود. این در حالی است که صدای بوق همیشه یکسان است، اما پدیده‌ای به نام داپلر باعث می‌شود که شما صدا را به این شکل بشنوید.

چرا این اتفاق می‌افتد؟

سرعت صوت تقریبا در همه جا ثابت و حدود 600 مایل در ساعت است، به شرطی که هوا آرام باشد. (سرعت دقیق آن به عوامل مانند فشار، دما و رطوبت هوا بستگی دارد.) تصور کنید یک اتومبیل درست یک مایل با شما فاصله دارد و به مدت یک دقیقه به طور مداوم بوق می‌زند. امواج صوتی که از بوق منتشر می‌شوند با سرعت 600 مایل در ساعت به سمت شما حرکت می‌کنند، و شما بعد از 6 ثانیه صدای بوق را می‌شنوید. (چون 6 ثانیه طول می‌کشد تا امواج به شما برسند.)

حالا بیایید تصور کنیم که اتومبیل با سرعت 60 مایل در ساعت به سمت شما حرکت می‌کند. فاصله اتومبیل از شما یک مایل است و به مدت یک دقیقه به طور مداوم بوق می‌زند. شما باز هم صدای بوق را با 6 ثانیه تاخیر خواهید شنید، اما این بار به نظر می‌رسد اتومبیل فقط 54 ثانیه بوق می‌زند. این به این دلیل است که خودرو پس از یک دقیقه دقیقا مقابل شما قرار می‌گیرد و صدا در آن لحظه بدون هیچ تاخیری به شما می‌رسد.

از دید راننده، اتومبیل یک دقیقه کامل بوق زده است چون او نیز همراه با اتومبیل حرکت کرده و صدا به گوش او بدون تاخیر رسیده است. اما از جایگاه شما، امواج صوتی که در طول یک دقیقه تولید شده‌اند، در 54 ثانیه فشرده می‌شوند. در واقع، تعداد یکسانی از امواج صوتی در یک بازه زمانی کمتر جا می‌گیرند.

بنابراین فرکانس صدا افزایش می‌یابد و شما صدای بلندتری از صدای واقعی آن را خواهید شنید. اما وقتی که خودرو از کنار شما عبور کرد، این وقایع به صورت معکوس تکرار می‌شوند و صدای یکسان در یک بازه زمانی طولانی‌تر پخش می‌شود. در نتیجه، فرکانس کاهش می‌یابد و شما صدای آرام‌تری از حد واقعی را می‌شنوید.

حال به کمک پدیده اکو و داپلر می‌توانیم فاصله و سرعت اشیا را نسبت به منبع صدا محاسبه کنیم. به عنوان مثال، از طریق زمان سپری شده از لحظه به صدا درآمدن بوق تا هنگامی که آن را شنیدیم، می‌توانیم سرعت و فاصله خودرو را نسبت به خودمان محاسبه کنیم.

این فرآیند همان روشی است که در رادارهای صوتی استفاده می‌شود. رادارهای صوتی را می‌توان در طبیعت نیز مشاهده کرد. برای مثال، خفاش‌ها دارای بینایی ضعفی هستند و با کمک حس راداری طبیعی‌شان، می‌توانند موانع را تشخیص دهند. خفاش‌ها هنگام پرواز صداهای اولتراسونیک خاصی تولید می‌کنند که پس از برخورد با اجسام مختلف، منعکس می‌شود و به گوش آنها می‌رسد. به همین خاطر می‌توانند نوع مانع و فاصله آن را تشخیص دهند و طوری پرواز کنند که از تصادف با آنها جلوگیری کنند.