Přenos hlasu po paprsku
17. 3. 2010
Světlo se šíří jako vlny. A tyto vlny mohou nést spousty nejrůznějších informací. Světelné vlny využíváme k přepínání televizních programů, nebo k surfování po internetu. Michael vám ukáže, jak si vyrobit vlastní přístroj, který přenese váš vlastní hlas po paprsku světla. Buďte si jisti, že vlastnostmi světla budete ohromeni – ale i tím, co s ním lidé mohou podnikat, pokud ho pochopí.
Filip: Léto, slunce, moře a vlny.
Tereza: Ležíte na matračce, vlny vás houpají – nahoru, dolů, nahoru. Vlna za vlnou.
Michael: Vlny jsou ve vědě velice důležité. Jak putují, přenášejí energii z jednoho místa do druhého. A přitom se přenáší jen málo nebo dokonce vůbec žádná hmota. Vlny – to je oscilace nebo vibrace kolem téměř pevných bodů.
Tereza: Ale ve vlnách se nepohybuje jen voda.
Michael: Jakékoli narušení prostoru a času se pohybuje jako vlna.
Tereza: Vlnami se šíří například zvuk. Také světlo je vlnění.
Filip: Mezi zvukovými a světelnými vlnami jsou však dva základní rozdíly. Ten první je v rychlosti.
Filip: Zvukové vlny se pohybují rychlostí asi 343 metry za sekundu.
Tereza: Zatímco světelné vlny letí prázdnotou vesmíru i vzduchem rychlostí přibližně 300 000 kilometrů za sekundu.
Filip: Je to tedy opravdu jako v bajce o želvě a zajíci.
Tereza: Druhý rozdíl je v tom, že zvuk – to je podélné vlnění. Střídavé stlačování a zřeďování hmoty. Třeba vzduchu nebo vody.
Filip: Světlo tvoří naopak příčné vlny v elektromagnetickém poli. I když v obou případech jde o vlnění, zvuk se může šířit v pevné, kapalné nebo plynné látce, zatímco světlo se šíří i vzduchoprázdnem, kosmickým vakuem.
Michael: Čím hustším prostředím se zvuk šíří, tím vyšší má rychlost. Přesně opačně to platí u světla. To se ve vodě pohybuje asi o třetinu pomaleji než ve vzduchu.
Tereza: Zvuk se šíří všemi materiály, zatímco světlo neprůsvitnými látkami neproniká.
Michael: Zvuk i světlo ovlivňuje jejich frekvence. Zvuk v určitém rozsahu frekvencí vnímáme, tedy slyšíme jej.
Tereza: Pomalé vibrace – nízké frekvence zvuku – vnímáme jako nízké tony. Rychlejší vibrace – vyšší frekvenci zvuku – slyšíme jako tóny vysoké.
Michael: Podobně je to i u světla.
Tereza: Modré světlo vzniká na konci spektra viditelného světla s vyšší frekvencí. Na opačném konci tohoto spektra je světlo červené s frekvencí nižší.
Michael: Změny frekvence zvukových vln tedy způsobují slyšitelný vjem – změnu ve výšce tónu. Změna frekvence světla přináší viditelný efekt – změnu barvy.
Michael: Sound and light – waves with a difference. But did you know that we can use light waves to carry sound?
Zvuk a světlo. Rozdílné vlnění. Ale víte, že světlo můžeme použít k přenosu zvuku?
Tereza: Přenášet zvuk na paprsku světla? Říkáte, že je to technicky příliš náročné? To neznáte Michaela.
Michael: The idea is to use the light waves coming from this small pocket torch to carry the music coming from my computer this end of table all the way to the speaker at this end.
Jde o to použít světlo, vycházející z této malé kapesní svítilničky, k přenosu hudby, která vychází z mého počítače na tomto konci stolu a směřuje k reproduktoru na tomhle konci.
Tereza: Po drátě to ovšem umí každý. Vtip je v tom přeměnit zvukový signál na světelné vlnění na jedné straně stolu …
Michael: … a druhé straně zase přeměnit vlny světla na zvuk.
Tereza: Jak na to?
Michael: Teď vám to ukážeme.
Filip: Kousek kabelu s jackem na konci připojíme do výstupu pro sluchátka. Notebook samozřejmě rázem zmlkne. Zvukový signál jde drátem.
Tereza: Tohle bude náš světelný vysílač. Obyčejná svítilnička s LED diodami.
Filip: Energii pro ni bude dodávat trojice tužkových baterií. Umístíme je do plastového držáku.
Filip: Místo čtvrté baterie kontakty propojíme drátem – pěkně z plus na mínus.
Tereza: Pro jistotu – podle tohoto vzoru.
Filip: Další fáze propojování: jeden vodič napojíme na záporný vývod bateriového držáku. Na konci je drát odizolovaný, bude jím kontaktovat vývoj světelných diod.
Tereza: Druhým vodičem propojíme kladný vývod baterií s kovovým pláštěm svítilničky.
Filip: Celé schéma propojení našeho vysílače. Zdroj hudby – notebook, baterie a LED svítilna.
Tereza: Vysílač zapojuji do sluchátkového výstupu počítače. Snad tedy vysíláme.
Filip: Světelný vysílač uchytíme do stabilního držáku.
Tereza: A zručný Michael provádí další kontrolu. Funguje.
Filip: A teď přijímač. Použijeme reproduktor k počítači. Z autíčka jsme si vypůjčili malý solární článek. Jak jsme předchozím měřením zjistili, když na něj svítí slunce, dává výkon asi pět setin Wattu.
Tereza: Solární článek dvěma vodiči spojíme s reproduktorem.
Filip: Také článek upevníme do druhého stabilního držáku.
Tereza: Pro pořádek – tady je schéma světelného přijímače.
Michael: Přijímač – je ready.
Tereza: Vysílač taky.
Tereza: Chvilka napětí.
Michael: Hraje – ale krásně.
The sound, the music is travelling on this beam of light.
Playing – hraje, nehraje. Light – no light. Svítí – nesvítí.
Zvuk, hudba putuje na tomto paprsku světla.
Tereza: A jak zpívá Freddie Mercury: It’s a kind of magic.
Tereza: Co takhle sklo?
Michael: If a light can pass through, it can play the music.
Pokud světlo prochází skrz, dokáže hudbu přenést.
Filip: A nebyl by to ani Michael, kdyby náš nový světelný vysílač nevyzkoušel pro přenos supertajné informace. Napřed namluvit vzkaz do diktafonu – a pak jej odvysílat Terezce.
Tereza: Pro dnešek končíme. Michael vzkazuje, že čeká ve vířivce.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough