reflexion de luz

UNIVERSIDAD TECNICA DE AMBATO

Facultad de ingeniería en sistemas, electrónica e industrial

“Proyecto Académico de Fin de Semestre”

1. PORTADA

Título:

APLICACIÓN DE GEOMETRÍA PLANA EN EL FUNCIONAMIENTO DE LA

COMUNICACIÓN SATELITAL

Carrera: Ingeniería Industrial en procesos de Automatización.

Área Académica: Ciencias Básicas y aplicadas

Ciclo Académico y Paralelo: Primero “B”

Alumnos participantes:

Acevedo Caguate Jhon Paul

Almachi Guanoluisa Evelin Jesenia

Calapaqui Ochoa Cynthia Moraima

Jaramillo Zambrano Jorge Nicolás

Modulo: Geometría plana y trigonometría

Docente: Ing. Jesica López

Tabla de contenido

2. INFORME DEL PROYECTO ............................................................................................ 3

2.1 TITULO ........................................................................................................................ 3

2.2 OBJETIVOS .................................................................................................................... 3

2.2.1 Objetivo general ...................................................................................................... 3

2.2.2 Objetivos específicos ............................................................................................. 3

2.3 RESUMEN ....................................................................................................................... 3

2.5 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 3

2.5.1 ANTECEDENTES ........................................................................................................ 3

2.5.2 INTRODUCCIÒN .......................................................................................................... 4

2.6 MATERIALES Y METODOLOGÍA .............................................................................. 4

2.6.1 MARCO TEÓRICO ................................................................................................. 4

Reflexión especular ......................................................................................................... 5

2.7 RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................... 11

2. INFORME DEL PROYECTO

2.1 TITULO

APLICACIÓN DE TRIGONOMETRIA EN EL FUNCIONAMIENTO DE LA

COMUNICACIÓN SATELITAL

2.2 OBJETIVOS

2.2.1 Objetivo general

Demostrar la aplicación de la trigonometría en la comunicación

satelital, mediante la construcción de una maqueta.

2.2.2 Objetivos específicos

Aplicar las propiedades de reflexión angular de la luz por medio de

un láser.

Identificar mediante la observación el tipo de triangulo que forma el

sistema representado.

Determinar los ángulos que intervienen en la formación del triángulo

descrito en el espacio.

2.3 RESUMEN

Un sistema de comunicación satelital terrestre funciona al recoger y reenviar las señales de

las distintas productoras de información, las mismas que son canalizadas hacia el satélite y

transmitidas de vuelta a determinada área de la tierra para ser captada por los receptores de los

usuarios. En la maqueta gracias a la contención de humo, la reflexión de luz láser y la ubicación

arbitraria de las casas en las que están posicionadas las antenas será posible la visualización de

la trayectoria que formará una figura geométrica, en este caso un triángulo.

2.4 PALABRAS CLAVE:

Comunicación satelital, triángulo, Reflexión de luz láser

2.5 INTRODUCCIÓN

2.5.1 ANTECEDENTES

El presente proyecto nace de la idea de los integrantes del grupo basándose

principalmente en el funcionamiento de las redes comunicacionales; aparte, la

versatilidad y dinamismo que presenta el funcionamiento de un láser. Por lo que,

después de haber sido ideado el prototipo del experimento se procede a buscar

fuentes tanto teóricas como prácticas en la internet encontrándose que no existe una

maqueta similar. Sin embargo, el grupo se basó en imágenes que demuestran la

reflexión de la luz del láser y métodos mediante los cuales se pueda observar la

trayectoria del mismo con diferencia que en la imagen encontrada se lo proyecta en

agua turbia y en el presente proyecto se lo hará con la presencia de humo en el

sistema.

2.5.2 INTRODUCCIÒN

La comunicación satelital se realiza mediante la transmisión de la frecuencia hacia

el satélite y este la devuelve para que se transmita en un área específica de la tierra.

Existen diferentes satélites que orbitan en el espacio alrededor de la línea

equinoccial los mismos que requieren que la antena que reciba la señal esté

posicionada con un ángulo adecuado para que la frecuencia llegue sin interrupción.

La longitud o altitud se mide desde el meridiano de Greenwich hasta el meridiano

del lugar en el que se va a ubicar la antena.

La zona de cobertura se representa en los mapas como huellas de potencia que

viene definida de acuerdo a la anchura del haz de la antena de transmisora del

satélite. Y es la superficie de la Tierra delimitada por un contorno de densidad de

flujo de potencia, que permite obtener la calidad deseada de recepción en ausencia

de interferencias.

2.6 MATERIALES Y METODOLOGÍA

2.6.1 MARCO TEÓRICO

Satélite de comunicaciones

Un satélite de comunicación recoge y reenvía las señales de las distintas productoras de

programas, estas señales, tras su multiplicación por la estación terrestre, son canalizadas hacia

el satélite y transmitidas de nuevo a determinada área de la tierra para ser captadas por los

receptores de los usuarios.

Satélites artificiales orbitando la Tierra:

Telecomunicaciones

Predicción meteorológica

Aplicaciones militares

Investigación Científica

Geofísica [1]

Posición

Deberemos tener un lugar libre de obstáculos entre la antena y el satélite, y con posibilidad de

orientación desde el sureste hasta el suroeste.

Zona de cobertura

Se representa en los mapas como huellas de potencia que viene definida de acuerdo a la anchura

del haz de la antena de transmisora del satélite.

Láser

La palabra láser designa a todos aquellos dispositivos que generan un haz de luz coherente

como consecuencia de una emisión inducida o estimulada, descubierto dicho comportamiento

en 1916 por Einstein. Su nombre se debe a un acrónimo del inglés laser (Light Amplification by

Stimulated Emission of Radiation – “Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación”).

La radiación láser se caracteriza por una serie de propiedades, diferentes de cualquier otra fuente

de radiación electromagnética, como son:

Mono cromaticidad: emite una radiación electromagnética de una sola longitud de onda, La

longitud de onda, en el rango del espectro electromagnético de la luz visible, se identifica por los

diferentes colores (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, violeta), estando la luz blanca compuesta

por todos ellos. Esto se observa fácilmente al hacer pasar un haz de luz blanca a través de un

prisma.

Coherencia espacial o direccionabilidad: la radiación láser tiene una divergencia muy pequeña,

es decir, puede ser proyectado a largas distancias sin que el haz se abra o disemine la misma

cantidad de energía en un área mayor. Esta propiedad se utilizó para calcular la longitud entre la

Tierra y la Luna, al enviar un haz láser hacia la Luna, donde rebotó sobre un pequeño espejo

situado en su superficie, y éste fue medido en la Tierra por un telescopio.

Coherencia temporal: La luz láser se transmite de modo paralelo en una única dirección debido

a su naturaleza de radiación estimulada, al estar constituido el haz láser con rayos de la misma

fase, frecuencia y amplitud.

Incidencia

Se llama ángulo de incidencia a aquel que está formado por el rayo incidente y la normal. La normal es una recta imaginaria perpendicular a la superficie de separación de los dos medios en el punto de contacto del rayo.

Reflexión

Es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso al chocar con la superficie de un objeto. El fenómeno más evidente de la reflexión en el que se refleja la mayor parte del rayo incidente sucede cuando la superficie es plana y pulimentada (espejo).

Reflexión especular

Se produce en superficies totalmente pulimentadas como ocurre con los espejos. En este caso

la reflexión se produce en una sola dirección gracias a lo cual es posible formar imágenes.

Este tipo de reflexión obedece a la ley de reflexión por lo que ángulo de incidencia de los rayos

es igual a ángulo de reflexión.

Ley de reflexión

La ley de reflexión establece que el ángulo que forma el rayo incidente con la normal, es igual al

ángulo que se forma entre el rayo reflejado y la normal.

Cabe mencionar también que la reflexión ocurre en el mismo plano y que la normal siempre es

perpendicular a la superficie reflectante.

2.6.2 MATERIALES

Una caja de vidrio 50x50 cm

Tabla triple

Brujita

Silicona liquida

Spray negro y plateado

Cartón prensado

Espejos de 2,5x2,5 cm

Un puntero laser

Componentes electrónicos

Sahumerio

Palitos de pincho

Carbón litúrgico

Pintura

Sierra

2m de hilo nylon

Papel aluminio

Papel césped

Imagen#1 Ley de reflexión

Autor: David Valenzuela Magister en

educación [Universidad Católica de Chile]

Pernos

Tuercas

Rodelas

2.6.3 PROCEDIMIENTO

Dibujar los planos o bocetos de la maqueta en una hoja

Conseguir los materiales necesarios para la construcción

1. Construcción del satélite

Observamos una imagen del satélite Simón Bolívar.

Construimos su base y la pintamos con spray negro. El papel celeste simulan los paneles

solares, estos van adecuados en su base con la ayuda de un alambre de cobre.

Pegamos los circuitos de computadora para la decoración.

2. Casas a escala

Obtenemos moldes de casa de acuerdo a lo que necesitamos, armamos las piezas y

colocamos las láminas de diseño. Dejamos los espacios adecuados para poder adecuar

las antenas en su parte alta.

Imagen#3 Satélite terminado

Imagen#2 Satélite vista 1

Autor: Acevedo Caguate Jhon Paul

Estudiante de Ingeniería Industrial UTA

Autor: Almachi Guanoluisa Evelin Jesenia


3. Antenas

Con la ayuda de la cierra cortamos las piezas de madera y las pintamos, posteriormente

las armamos y adecuamos con tuercas cada parte ya que se obtendrá una antena que

gire 360 grados en cualquier dirección. Ubicamos los espejos de 2,5 cm simulando la

parte cóncava de la antena. Estas antenas las colocamos sobre las casas.

Imagen#5 Decoración casa

Imagen#4 Bocetos de casas

Imagen#6 Estructura de Casa

Imagen#8 Construcción de antenas

Imagen#7 Base de Antenas

Autor: Calapaqui Ochoa Cynthia Moraima




4. Volcán

Recortar una lata de pintura dándole una forma cónica ya que será la base del volcán,

sobre ella pagamos periódico y ponemos 2 capas de papel de cocina con pegamento

blanco, dejamos secar 2 días y pintamos con los colores adecuados.

5. Puntero laser

Imagen#9 Construcción de la antena





Imagen#10 VOLCAN 1

Imagen#11 VOLCAN 2

Imagen#12 VOLCAN 3

Desarmamos el puntero laser y dentro de él ponemos los cables del cargador los cuales

harán contacto para encender al momento de que éste esté conectado a una fuente

eléctrica.

6. Antena principal

Con los moldes de una antena lo armamos de cartón prensado y pintamos con espray.

Es importante dejar el espacio adecuado en la parte superior cóncava para el puntero

láser.

7. Paisaje

Autor: Jaramillo Zambrano Jorge Nicolás


Autor: Jaramillo Zambrano Jorge Nicolás


Imagen#13 Laser

Imagen#16 Construcción

Antena

Imagen#14 Antena 1

Imagen#15 Antena

Terminada

De base ponemos el papel césped y a los lados del espejo ubicamos papel acetato con

las imágenes de un paisaje.

Al tener todas las partes ya armadas las ubicamos dentro del cubo de vidrio. Es importante

establecer una ubicación precisa para la antena principal y las casas ya que éstas deberán

reflejar mediante los espejos el disparo del puntero laser formando una figura geométrica que

son los triángulos, especialmente estamos simulando las señales de comunicación que emite la

tierra a los satélites y éste a la distribución a los sitios de recepción.

2.7 RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Como temas a discusión para la realización del proyecto tenemos: el ángulo formado por cada

uno de los lados del sistema que se encuentran determinados por la inclinación y posición del

punto de impacto de la luz. Además, se descubrió que la cantidad de humo presente dentro de

la caja de la maqueta influye en gran medida a la percepción visual del cuerpo del láser que junto

a un ambiente oscuro permite visualizar de mejor manera el sistema.



Imagen#20 Caja4

Imagen#19 Caja3

Imagen#18 Caja2

Imagen#17 Caja1

Como resultado de la construcción de la maqueta se observa entre la distancia de puntos de

reflexión una trayectoria bidimensional que forma triángulo oblicuángulo. Se logra determinar sus

ángulos gracias a las diferentes propiedades de la reflexión especular de la luz, que se enuncian

anteriormente en el marco teórico.

2.8 CONCLUSIONES

Se ha demostrado que en la comunicación satelital existe la aplicación de la

trigonometría ya que al ser experimentada mediante la construcción de la maqueta, el

posicionamiento a conveniencia y gracias a la reflexión de la luz láser utilizado, se divisa

un sistema cerrado haciendo posible que se forme una figura geométrica claramente

identificable.

El uso de la luz láser en una superficie totalmente pulimentado, como en este caso los

espejos; permite que se realice la reflexión especular la misma que atribuye al rayo de

luz la propiedad de formar diferentes figuras.

Mediante la observación ,se identifica la figura geométrica que en el sistema se forma,

siendo en este caso un triángulo oblicuángulo que puede ser divisado desde la parte

superior de la maqueta, y al verle de las otras perspectivas se divisa las dos líneas

principales, comprobando que en el sistema de comunicación satelital se puede formar

triángulos.

Determinamos los ángulos gracias a la aplicación de la ley de reflexión la misma que

describe que el ángulo de incidencia del rayo de luz es igual al ángulo de reflexión que

produce cuando se pone en contacto a la superficie totalmente plana por lo que en la

maqueta se logra determinar que el ángulo de expulsión del láser es 48º con este mismo

ángulo se va a producir la reflexión para llegar a la primera antena, ángulo que es

cambiado arbitrariamente para que la figura triangular se forme.

2.9 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

[1] Space Geodesy Group, «Sistema de posicionamiento global,» Harvard-Smithsonian Center

for Astrophysics, [En línea]. Available:

http://www.cfa.harvard.edu/space_geodesy/ATLAS/gps_es.html. [Último acceso: 02 Agosto

2014].

[2] J. F. Crespo, «Radioblog,» Tecnotron, 15 Noviembre 2006. [En línea]. Available:

http://www.natureduca.com/radioblog/como-funciona-un-satelite-de-comunicaciones-iii/.

[Último acceso: 3 Agosto 2014].

[3] Universidad Politecnica de Madrid, «Radiocomunicacion,» 15 Octubre 2011. [En línea].

Available: http://ocw.upm.es/teoria-de-la-senal-y-comunicaciones-

1/radiocomunicacion/contenidos/presentaciones/satelites-07.pdf. [Último acceso: 2 Agosto

2014].

[4] D. Valenzuela, «Fisic,» 21 Enero 2012. [En línea]. Available:

http://www.fisic.ch/cursos/primero-medio/reflexi%C3%B3n-de-la-luz-y-espejos-planos/.

[Último acceso: 5 agosto 2014].

[5] Edmin, «Ciencia popular.com,» 21 Febrero 2007. [En línea]. Available:

http://www.cienciapopular.com/tecnologia/laser. [Último acceso: 12 Agosto 2014].

2.10 FOTOGRAFIAS Y GRAFICOS

Imagen#26 Investigación

Imagen#25 Investigación

Imagen#22 Maqueta2

Imagen#24 Maqueta4

Imagen#23 Maqueta3

Imagen#21 Maqueta1



Imagen#30 Funcionamiento4




reflexion de luz

Education