Stručnjak objašnjava: Zašto internetska veza postaje nepouzdana na kiši?
Zašto vaša internetska veza postaje nepouzdana, a vaš mobitel počinje stvarati probleme kada pada kiša? Razlog leži u prirodi električne sile - i načinima na koje loše vrijeme remeti njezin rad.
Na cesti u New Delhiju 28. kolovoza 2020. (Ekspresna fotografija: Amit Mehra) Kako se monsun službeno počinje povlačiti, mnogi u Indiji će se radovati malom olakšanju od fenomena koji su očekivali kad god pada kiša: internetske veze postaju nestabilne, a mreže mobitela propadaju. Zašto se to događa?
U 1860-ima, škotski fizičar James Maxwell predvidio je postojanje nove vrste 'elektromagnetskih' valova koji putuju brzinom od ~300 milijuna metara/sekundi. Nekoliko desetljeća kasnije, Heinrich Hertz je eksperimentalno potvrdio Maxwellovu teoriju, a 1895. Sir Jagadish Chandra Bose je po prvi put demonstrirao bežičnu komunikaciju s elektromagnetskim valovima na udaljenosti od 23 metra u Calcutti, postavljajući temelje modernog komunikacijskog sustava.
Da bismo razumjeli kako danas komuniciramo ili šaljemo poruke putem interneta diljem kontinenata – a zatim kako je ta komunikacija poremećena – prvo moramo razumjeti temeljnu prirodu električne sile.
StručnjakVarun Makhija je docent fizike na Sveučilištu Mary Washington.
Elektroni u komunikaciji
Postoje tri temeljna građevna bloka, ili 'Lego kockice' koje priroda koristi da napravi svu materiju - dvije vrste kvarkova i elektron. Za naše potrebe, moramo raspravljati samo o elektronu.
Sva materija se sastoji od mnogo, mnogo elektrona. Poput ostalih Lego kockica, elektroni imaju svojstvo zvano masa, što pokazuje koliko snažno gravitacijska sila djeluje na njih, te je stoga izravno povezana s njihovom težinom.
Drugo svojstvo elektrona koje se naziva električni naboj ukazuje na to koliko snažno električna sila djeluje na njih. Naboj elektrona također odlučuje o jačini električne sile koju primjenjuju na druge objekte koji također imaju naboj (poput dvije druge Lego kocke, na primjer). Ova sila, kao i sila gravitacije, djeluje na daljinu. Dakle, dva elektrona razdvojena velikom udaljenosti primjenjuju električne sile bez ikakvog kontakta. Budući da je elektron nabijen, prostor oko njega ispunjen je električnim poljem.
Ako zamislite da elektron živi u oceanu koji on stvori, možete, ako pomičete elektronom, pokrenuti val u ovom oceanu. Ovo je slično bacanju kamena u mirno jezerce, što stvara mreškanje koje putuje dalje od njega. Kada ovaj val prođe pored drugog elektrona koji se slučajno nalazi u oceanu našeg elektrona, ovaj drugi elektron će poskakivati gore-dolje - kao što biste mogli kada vas zapljusne oceanski val.
Ovako komuniciramo. Elektromagnetski val se pokreće na nekom mjestu pomicanjem elektrona, koji zatim pere elektrone na nekom udaljenom mjestu. Riječ 'signal' konkretno znači elektromagnetske valove. Elektroni u vašim očima također mogu reagirati na te valove, pod uvjetom da je valna duljina - udaljenost između vrhova u valu - unutar određenog raspona. U ovom posebnom rasponu valnih duljina vidljivi su nam elektromagnetski valovi; lagani su! Najosnovniji oblik komunikacije na daljinu – bljeskanje jakog svjetla i korištenje Morseovog koda – koristi prijenos elektromagnetskih valova s jednog mjesta na drugo.
Ekspresno objašnjenoje sada uključenTelegram. Klik ovdje da se pridružite našem kanalu (@ieexplained) i budite u toku s najnovijim
Optička vlakna i kiša
Ovi koncepti nas osposobljavaju da razumijemo jedini način komunikacije koji je više bitan, internet. Ovo je u biti ogromna mreža računala diljem svijeta koja mogu međusobno prenositi elektromagnetske valove i stoga komunicirati.
Postoje dva primarna načina prijenosa valova - optičkim vlaknima i staničnim tornjevima (putem satelitske veze). Optička vlakna su dugačke, tanke staklene šipke debljine manje od ljudske kose. Svjetlost je ograničena u štapu zbog fenomena totalne unutarnje refleksije. Kada svjetlost koja putuje iz gušćeg medija u manje gušće (na primjer, iz stakla u zrak) udari u površinu između dva prozirna medija pod kritičnim kutom, u potpunosti se reflektira natrag u gušći medij. Na ovaj način, elektromagnetski valovi su zarobljeni unutar vlakna i putuju duž njega. Spajanje ili spajanje stotina tisuća kilometara vlakana zajedno i njihovo zakopavanje pod zemljom ili pod morem omogućuje komunikaciju diljem svijeta. Elektromagnetski valovi koji se koriste za komunikaciju (infracrveni valovi) generiraju se laserima, a imaju nešto veću valnu duljinu od vidljive svjetlosti, pa su za nas nevidljivi.
Mrežu optičkih vlakana u Indiji pokrenuo je VSNL, a trenutno je u vlasništvu i razvijenoj od strane Tata Communications. Svi davatelji internetskih usluga se na neki način povezuju s ovom mrežom 'Tier 1', a na kraju i s vašim domom. Ove sekundarne veze nisu nužno optičke i uključuju nekoliko električnih komponenti. (Napomena: Električni kabeli prenose elektrone, a ne elektromagnetske valove, ali to je tema za drugi dan!) Električne komponente su također potrebne duž cijele mreže optičkih vlakana za pojačavanje i paljenje i isključivanje svjetla za digitalnu komunikaciju.
Monsunska kiša mogla bi prekinuti ovu podzemnu mrežu na mnogo načina. Kombinacija prodiranja vode u tlo i klizišta može oštetiti različite električne komponente u mreži ili uzrokovati fizičku štetu na mjestima gdje su vlakna spojena.
Također može doći do sličnih oštećenja ili nestanka struje na srednjim lokacijama, gdje se vaš lokalni davatelj usluga povezuje na optičku mrežu Tier 1, a zatim na vaš dom. Vlakno ima jezgru, omotač i plastični zaštitni premaz i drži se u vodonepropusnom zaštitnom kućištu, tako da kiša najmanje utječe na prijenos signala. Premaz se uklanja spajanjem dvaju vlakana. Na mjestima gdje vlakna počinju ili završavaju (poznata kao 'kutije za spajanje') postoji mogućnost da vlakna budu izložena kišnici, uzrokujući smanjenje jačine signala. Osim toga, molekule vode mogu pronaći put kroz mikro pukotine u vlaknima, što na kraju utječe na život vlakana.
Ne propustite iz Explained | 13 indijskih mjehurića zraka i tko smije putovati u te zemlje
Mobiteli na kiši
Kada je vaš mobitel spojen na internet, elektromagnetski valovi putuju od vašeg uređaja kroz zrak do tornja za mobitele. O ovome biste mogli razmišljati kao o divovskoj anteni. Elektroni u ovoj anteni poskakuju gore-dolje. Kada to učine, proizvode vlastite elektromagnetske valove, koji putuju do središnje lokacije kojom upravlja vaš davatelj usluga. Na ovom mjestu valovi se na neki način 'obrađuju' i šalju se na mrežu optičkih vlakana (Internet) ili na drugi telefon (telefonski poziv, tekstualna poruka itd.).
Postoje razne vrste obrade koje se mogu dogoditi. Na primjer, jedna bitna razlika između elektromagnetskih valova koje emitira vaš telefon i onih iz lasera koji putuju kroz optičko vlakno je valna duljina. Radio valovi koje emitira i prima vaš telefon dugi su približno metar. Nasuprot tome, infracrveni valovi koji putuju kroz mrežu vlakana dugački su otprilike milijunti dio metra. Imajte na umu da niti jedna od ovih valnih duljina ne utječe na elektrone u vašem oku, budući da nisu vidljive valne duljine (dugi oko 500 milijarditi dio metra).
Nekako se poruka s vašeg telefona treba 'prevesti' s radija na infracrvene valove. Ako ste koristili Morseovu azbuku, mogli biste zamisliti da radio valovi koje je detektirao vaš davatelj usluga trepere i gase, koji sadrže vašu poruku. Laser kojim upravlja vaš pružatelj usluga mora biti napravljen da proizvodi isti slijed bljeskova koji putuju kroz optičku mrežu.
Razlozi prekida u ovom komunikacijskom lancu tijekom monsuna različiti su u odnosu na mrežu optičkih vlakana.
Radio valovi koji putuju između vašeg telefona i tornja za mobitele mogu natjerati elektrone u kapljicama vode da se pomiču, prekidajući komunikaciju. Veličina i broj kapi kiše smanjuju snagu signala zbog raspršivanja radio valova, dok vodena para u atmosferi apsorbira radio valove, pretvarajući ih u toplinu (kao u vašoj mikrovalnoj pećnici).
Nadalje, jaka monsunska kiša, vjetar i munje mogu uzrokovati oštećenje tornjeva stanica, što rezultira prekidima u području koje pokrivaju. Imajte na umu da se i zbog toga na nekim područjima nađete bez signala – u blizini nema tornja. No, možda je najčešći uzrok prekida 'zaglavljivanje'. Kada previše ljudi pokuša komunicirati putem lokacija za obradu signala u isto vrijeme, neke se poruke izgube.
Donošenje tog omiljenog mema s računala njegovog autora na vaše je, dakle, napor koji uključuje elektromagnetske valove koji putuju tisućama kilometara. To je izvanredno dostignuće moderne znanosti, a činilo bi se nevjerojatno da uopće djeluje! Možda ovo može donekle ublažiti vašu frustraciju sljedeći put kada vam se internet ugasi tijekom kišne oluje!
Podijelite Sa Svojim Prijateljima:
