Ανάκλαση
Ανάκλαση είναι η αλλαγή στην κατεύθυνση ενός κύματος όταν φτάνει στη διαχωριστική επιφάνεια δύο διαφορετικών μέσων. Η γωνία πρόπτωσης (θi) είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης (θr).
Χρησιμοποιείται πολύ συχνά και παίζει καθοριστικό ρόλο στη διάδοση Η/Μ κυμάτων, γι’ αυτό και θα μας απασχολήσει στο μέλλον αρκετά.
Διάθλαση
Διάθλαση είναι η μεταβολή της διεύθυνσης διάδοσης ενός κύματος λόγω αλλαγής της ταχύτητάς του. Παρατηρείται όταν ένα κύμα αλλάζει μέσο διάδοσης. Περιγράφεται από το νόμο του Snell:
n1sinθ1 = n2sinθ2
ή
v1sinθ2 = v2sinθ1
Όπου v1, v2 είναι οι ταχύτητες του κύματος στα δύο διαφορετικά μέσα, θ1, θ2 οι γωνίες σε σχέση με την κατακόρυφη στο επίπεδο πρόσπτωσης του κύματος και n1, n2 οι δείκτες διάθλασης του κάθε υλικού.
Συμβολή
Συμβολή κυμάτων παρατηρείται όταν δύο ή περισσότερα κύματα διαδίδονται στο ίδιο μέσο, το πλάτος ταλάντωσης σε κάθε σημείο του μέσου είναι το άθροισμα των πλατών ταλάντωσης λόγω των διαφορετικών κυμάτων. Η συμβολή μπορεί να είναι ενισχυτική, όταν το πλάτος αυξάνεται (Σχήμα 1) ή καταστρεπτική όταν το πλάτος μειώνεται (Σχήμα 2). Συνήθως, παρατηρούνται και τα δύο φαινόμενα ταυτόχρονα, ανάλογα το σημείο που εξετάζουμε.
Ναι, αλλα,
Πού θα μας χρησιμεύσουν όλα αυτά;
1. Χρειάζεται να γνωρίζουμε συχνότητα και περίοδο κυμάτων για να καταλαβαίνουμε πού δουλεύουν τα διάφορα συστήματα της τροχαίας, κυρίως τα μικροκυματικά.
2. Χρειάζεται να γνωρίζουμε μήκος κύματος για να γνωρίζουμε πού δουλεύουν τα laser της τροχαίας.
3. Χρειάζεται να γνωρίζουμε φασική ταχύτητα για να κάνουμε εναλλαγές μεταξύ συχνότητας και μήκους κύματος.
4. Χρειάζεται να γνωρίζουμε την περίοδο για να μπορούμε να παίζουμε με το χρόνο και να καταλάβουμε αργότερα το παράθυρο χρόνου που χρησιμοποιούν τα jammers στη λειτουργία τους.
5. Χρειάζεται να γνωρίζουμε την πόλωση για να καταλάβουμε γιατί μερικές κάμερες χαμηλής ισχύος (βλ. multanova) ανιχνεύονται πολύ δύσκολα από τους ανιχνευτές.
6. Χρειάζεται να γνωρίζουμε ανάκλαση για να καταλάβουμε πώς και γιατί το κύμα χτυπάει πάνω στο όχημά μας και επιστρέφει στη συσκευή μέτρησης της τροχαίας ή γιατί μπορούμε να ανιχνεύσουμε μία κάμερα πολύ πριν την φτάσουμε κι ας μην μας χτυπάει με ακτινοβολία άμεσα.
7. Χρειάζεται να γνωρίζουμε ανάκλαση και διάθλαση για να καταλάβουμε πώς λειτουργούν ορισμένα αντίμετρα (πχ veil).
Τρόπος λειτουργίας ραντάρ
Ας ξεκινήσουμε με τον τρόπο λειτουργίας των ραντάρ της αστυνομίας. Αυτά μπορούν να χωριστούν σε 2 κατηγορίες. Αυτά που χρησιμοποιούν μικροκυματική ακτινοβολία (radar) και αυτά που χρησιμοποιούν φωτεινή ακτινοβολία (laser).
Τα ραντάρ χειρός με μικροκύματα στηρίζουν τη λειτουργία τους στο φαινόμενο Doppler που λέει το εξής: Στέλνω μια ακτινοβολία γνωστής συχνότητας που ανακλάται σε ένα αντικείμενο. Όταν την λαμβάνω αυτή έρχεται αλλαγμένη όταν και μόνο όταν το αντικείμενο κινείται. Πιο συγκεκριμένα η συχνότητα αυξάνει καθώς το αντικείμενο μας πλησιάζει (το γνωστό φαινόμενο που η κόρνα ακούγεται πιο τσιριχτή όταν έρχεται προς εμάς), ενώ μειώνεται όταν το αντικείμενο απομακρύνεται. Οι τύποι που ισχύουν είναι απλοί και μπορούν να βρεθούν σε ένα οποιοδήποτε πανεπιστημιακό βιβλίο φυσικής. Παραθέτω τον γενικό τύπο απλά για λόγους βιβλιογραφίας: Fr = (sqrt((c-v)/(c+v)))*Fs, όπου Fr η συχνότητα που διαβάζουμε εμείς, Fs η συχνότητα της πηγής που χρησιμοποιούμε, v η ταχύτητα του αντικειμένου και c η ταχύτητα του φωτός. Τα ραντάρ, λοιπόν, πολύ απλά στέλνουν μια συχνότητα, λαμβάνουν πίσω μία άλλη και με χρήση αυτού του τύπου υπολογίζουν την ταχύτητα v του αυτοκινήτου. Φυσικά, εδώ υπάρχουν πολλά κατασκευαστικά προβλήματα, όπως το άνοιγμα της δέσμης λόγω κεραίας, η ακρίβειες των μετρήσεων κτλ, αλλά εκτός από το άνοιγμα της δέσμης (δύσκολα ξεχωρίζεις ποιό αυτοκίνητο είναι αυτό που τρέχει) όλα τα άλλα δεν επηρεάζουν δραματικά τη λειτουργία ενός ραντάρ.
Πάμε τώρα στα laser πολύ σύντομα. Αυτά κάνουν απλά 2 μετρήσεις απόστασης, διαιρούν με το χρόνο ανάμεσα στις μετρήσεις και υπολογίζουν την ταχύτητα του αυτοκινήτου. Στην πράξη βέβαια αυτό δεν είναι πραγματοποιήσιμο, οπότε κάνουν πολλαπλές μετρήσεις για να έχουν καλή εκτίμηση της ταχύτητας αφενός και αφετέρου γιατί με μία μέτρηση μπορεί να μην έχουν καν ένδειξη. Πρακτικά, πρέπει να λάβει το πιστόλι υπόψη του περίπου 20 έγκυρες τέτοιες μετρήσεις, οπότε ο ελάχιστος χρόνος για ένδειξη ταχύτητας είναι τα 0,3sec. Στην πράξη όμως μιλάμε για 0,5-1sec σε πολύ ευνοϊκές συνθήκες (σταθερό χερί ή τρίποδας, καλός καιρός, πολύ καλή ανακλαστικότητα κτλ κτλ).
Τι ραντάρ υπάρχουν στην Ελλάδα
Όσον αφορά στα ραντάρ χειρός υπάρχουν και τα 2 είδη και με μικροκύματα (RF) και με laser, με τα τελευταία να αποτελούν το 99% του συνόλου. Τα ραντάρ χειρός με RF είναι σε μπάντα Χ και σε μπάντα Κ, δηλαδή σε συχνότητες περίπου 10,525 GHz για την Χ μπάντα και σε συχνότητες 24,125 GHz για την Κ μπάντα. Τα laser από την άλλη χρησιμοποιούν υπέρυθρο φως σε μήκος κύματος 904nm.
Γενικότερα, οι συχνότητες που υπάρχουν σε ραντάρ είναι οι εξής:
X band 9.41 GHz (Χειρός παλαιάς τεχνολογίας. Ελάχιστα πλέον υπάρχουν στην Ελλάδα)
X band 9.90 GHz (Χειρός παλαιάς τεχνολογίας. Δεν υπάρχουν στην Ελλάδα)
X band 10.525 GHz ±25 MHz (Χειρός παλαιάς τεχνολογίας. Ελάχιστα πλέον υπάρχουν στην Ελλάδα)
Ku band 13.450 GHz (Τρίποδα που τοποθετούνται κρυφά)
K band 24.125 GHz ±100 MHz (Σταθερές κάμερες Gatso ή σε συμβατικά αυτοκίνητα)
K band 24.150 GHz ±100 MHz (το κομμάτι της Κ για ΗΠΑ, συνήθως συναντάται σε πιστόλια και σε πινακίδες ένδειξης ταχύτητας)
Ka band 33.4 - 36.0 GHz (Δεν υπάρχουν στην Ελλάδα ούτε κάμερες ούτε ραντάρ σε αυτή την μπάντα. Στην Ευρώπη χρησιμοποιούν διάφορα κομμάτια της Ka 34, 34,3, 34,7, 35,5 GHz. Απαιτείται ανιχνευτής με Ka narrow για τα 4 ευρωπαϊκά κομμάτια της μπάντας. Στις ΗΠΑ χρησιμοποιούν επίσης κομμάτια της Ka μερικά ίδια, άλλα διαφορετικά από την Ευρώπη)
Λόγω κατασκευής, τα ραντάρ με RF έχουν προβλήματα με κυριότερο ότι η δέσμη έχει μεγάλο πλάτος οπότε έχουμε πρόβλημα με το ποιον τελικά σημαδεύουμε. Από την άλλη έχουν και πολύ μεγαλύτερη απόσταση λειτουργίας (ειδικά στην X μπάντα). Στις ΗΠΑ σε ένα τεράστιο αυτοκινητόδρομο άνετα μπορούν να σε σημαδέψουν στα 2,5 Km. Το γεγονός ότι έχουν μεγάλο άνοιγμα στη δέσμη μας διευκολύνει γιατί πιάνουμε ανακλάσεις από άλλα αυτοκίνητα και αντικείμενα που ανακλούν τη δέσμη.
Τα laser είναι σχεδόν τα ίδια σε όλο τον κόσμο με κυριότερο εκπρόσωπο το Ultralyte που έχουμε κι εδώ στην Ελλάδα (μαύρο με μπλέ ρίγα για όποιον έχει δει). Δυστυχώς λόγω της ιδιομορφίας τους (στενή δέσμη, ελάχιστες ανακλάσεις σε αντικείμενα, μικρές αποστάσεις μέτρησης) είναι δύσκολο να τα ανιχνεύσουμε με κάποιον ανιχνευτή, ακόμα και αν μας σημαδεύουν (ρίχνουν συνήθως στην πινακίδα, ο ανιχνευτής είναι στο ταμπλώ και για απόσταση 100m η δέσμη ανοίγει κατά 20-30cm).
Άλλο είδος "ραντάρ" που χρησιμοποιείται είναι οι σταθερές κάμερες που έχουν 2 είδη λειτουργίας, είτε με ραντάρ (σε Κ ή Ka μπάντα), είτε με πιεζοηλεκτρικές λωρίδες. Όσες είναι με ραντάρ, ένας ανιχνευτής τις πιάνει σε απόσταση 0-400m ανάλογα με τις συνθήκες και τον ανιχνευτή. Όσες είναι με πιεζοηλεκτρικές λωρίδες (πχ λεωφορειολωρίδες) δεν ανιχνεύονται οπότε ή τα μάτια μας 14 για τις ενημερωτικές πινακίδες ή έχουμε κάποιο GPS που μας ειδοποιεί.
Τελευταίο είδος "ραντάρ" που χρησιμοποιείται είναι τα φορητά (Ku μπάντα) που μπαίνουν σε τρίποδο και αυτά που είναι μέσα σε αυτοκίνητα της τροχαίας (K μπάντα). Και τα δύο ένας ανιχνευτής τα ανιχνεύει από αποστάσεις όμοιες με αυτές που αναφέρθηκαν παραπάνω, καθώς και εδώ έχουμε τα μειονεκτήματα των RF. Αυτά σε Ku είναι πολύ πιο εύκολο να τα ανιχνεύσουμε με αποστάσεις ανίχνευσης > 400 m, ενώ τα onboard σε Κ μπάντα είναι από εύκολο (παλαιότερα αναλογικά) με αποστάσεις ανίχνευσης της τάξης των 300-400 m, έως εξαιρετικά δύσκολο (ψηφιακά) με αποστάσεις ανίχνευσης της τάξης των 50-150 m.