Um especialista explica: Por que uma conexão com a Internet não é confiável na chuva?

Por que sua conexão com a internet se torna instável e seu celular começa a apresentar problemas quando chove? A razão está na natureza da força elétrica - e nas maneiras pelas quais o mau tempo atrapalha seu funcionamento.

Em uma estrada em Nova Delhi em 28 de agosto de 2020. (Foto expressa: Amit Mehra)

À medida que a monção começa a diminuir oficialmente, muitos na Índia esperam algum alívio para um fenômeno que eles esperam sempre que chove: as conexões de Internet tornam-se instáveis ​​e as redes de telefonia celular se deterioram. Por que isso acontece?

Na década de 1860, o físico escocês James Maxwell previu a existência de um novo tipo de ondas 'eletromagnéticas' que viajam a uma velocidade de ~ 300 milhões de metros / segundo. Algumas décadas depois, Heinrich Hertz verificou experimentalmente a teoria de Maxwell e, em 1895, Sir Jagadish Chandra Bose demonstrou pela primeira vez a comunicação sem fio com ondas eletromagnéticas a uma distância de 23 metros em Calcutá, estabelecendo a base de um sistema moderno de comunicação.

Para entender como nos comunicamos ou enviamos mensagens hoje através da Internet através dos continentes - e então como essa comunicação é interrompida - primeiro precisamos entender a natureza fundamental da força elétrica.

Varun Makhija é Professor Assistente de Física na Universidade de Mary Washington.

Elétrons em comunicação

Existem três blocos de construção fundamentais, ou 'blocos de Lego', que a natureza usa para fazer toda a matéria - dois tipos de quarks e o elétron. Para nossos propósitos, precisamos discutir apenas o elétron.

Toda matéria consiste em muitos, muitos elétrons. Como os outros blocos de Lego, os elétrons têm uma propriedade chamada massa, que indica com que força a força gravitacional atua sobre eles e, portanto, está diretamente relacionada ao seu peso.

Outra propriedade dos elétrons, chamada carga elétrica, indica a intensidade com que a força elétrica age sobre eles. A carga do elétron também decide a intensidade da força elétrica que eles aplicam em outros objetos que, também, têm uma carga (como os dois outros blocos de Lego, por exemplo). Essa força, como a força da gravidade, atua à distância. Assim, dois elétrons separados por uma longa distância aplicam forças elétricas sem nunca fazer contato. Como um elétron é carregado, o espaço ao redor dele é preenchido com um campo elétrico.

Se você imaginar que um elétron vive em um oceano que ele cria, você pode, se mexer o elétron, iniciar uma onda neste oceano. Isso é semelhante a atirar uma pedra em um lago tranquilo, o que cria ondulações que se afastam dele. Quando esta onda passa por outro elétron que por acaso está no oceano de nosso elétron, este outro elétron vai saltar para cima e para baixo - como você faria quando uma onda do oceano passasse por você.

É assim que nos comunicamos. Uma onda eletromagnética é iniciada em algum local por elétrons balançando, que então passam pelos elétrons em algum local distante. A palavra 'sinal' significa especificamente ondas eletromagnéticas. Os elétrons em seus olhos também podem responder a essas ondas, desde que o comprimento de onda - a distância entre os picos da onda - esteja dentro de uma faixa específica. Nesta faixa particular de comprimento de onda, as ondas eletromagnéticas são visíveis para nós; eles são leves! A forma mais básica de comunicação de longa distância - piscar uma luz forte e usar o código Morse - usa a transferência de ondas eletromagnéticas de um local para outro.

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Fibras óticas e a chuva

Esses conceitos nos equipam para entender o único modo de comunicação que ainda importa, a Internet. Esta é essencialmente uma vasta rede de computadores em todo o mundo que podem transferir ondas eletromagnéticas entre si e, portanto, comunicar-se.

Existem duas maneiras principais de transportar ondas - por fibra óptica e torres de celular (via link de satélite). As fibras ópticas são hastes de vidro longas e finas, de espessura menor que o cabelo humano. A luz está confinada na haste devido ao fenômeno da reflexão interna total. Quando a luz viajando de um meio mais denso para um menos denso (por exemplo, do vidro para o ar) atinge a superfície entre dois meios transparentes em um ângulo crítico, ela é inteiramente refletida de volta para o meio mais denso. Dessa forma, as ondas eletromagnéticas ficam presas dentro da fibra e percorrem o comprimento dela. Emendar ou juntar centenas de milhares de quilômetros de fibras e enterrá-las no subsolo ou submarino, permite a comunicação em todo o mundo. As ondas eletromagnéticas usadas para comunicação (ondas infravermelhas) são geradas por lasers e têm um comprimento de onda um pouco maior do que a luz visível, portanto, são invisíveis para nós.

A rede de fibra óptica na Índia foi iniciada pela VSNL e atualmente pertence e é desenvolvida pela Tata Communications. Todos os provedores de serviços de Internet se conectam de alguma forma a esta rede 'Camada 1' e, eventualmente, à sua casa. Essas conexões secundárias não são necessariamente ópticas e envolvem vários componentes elétricos. (Observação: os cabos elétricos transferem elétrons em vez de ondas eletromagnéticas, mas isso é assunto para outro dia!) Os componentes elétricos também são necessários ao longo de toda a rede de fibra óptica para amplificar e ligar e desligar a luz para comunicações digitais.

A chuva da monção pode interromper esta rede subterrânea de várias maneiras. A combinação de água infiltrando-se no solo e deslizamentos de terra pode danificar os vários componentes elétricos da rede ou causar danos físicos em locais onde as fibras são unidas.

Também pode haver danos semelhantes ou quedas de energia em locais intermediários, onde o provedor de serviços local se conecta à rede óptica Tier 1 e, em seguida, à sua casa. A fibra tem um núcleo, revestimento e revestimento protetor de plástico e é mantida em um invólucro de proteção à prova d'água, para que a transmissão do sinal seja menos afetada pela chuva. O revestimento é removido ao unir duas fibras. Nos locais onde as fibras começam ou terminam (conhecidas como 'caixas de emenda'), existe a possibilidade de as fibras serem expostas à água da chuva, causando uma redução na intensidade do sinal. Além disso, as moléculas de água podem encontrar um caminho através de microfissuras nas fibras, eventualmente afetando a vida da fibra.

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Telefones celulares na chuva

Quando seu celular está conectado à Internet, ondas eletromagnéticas viajam de seu dispositivo pelo ar até uma torre de celular. Você pode pensar nisso como uma antena gigante. Os elétrons nesta antena saltam para cima e para baixo. Quando eles fazem isso, eles produzem suas próprias ondas eletromagnéticas, que viajam para um local central gerenciado pelo seu provedor de serviços. Neste local, as ondas são ‘processadas’ de alguma forma e são enviadas para a rede de fibra óptica (Internet) ou outro telefone (chamada, mensagem de texto, etc.).

Existem vários tipos de processamento que podem ocorrer. Por exemplo, uma diferença importante entre as ondas eletromagnéticas emitidas pelo telefone e as do laser que viaja na fibra óptica é o comprimento de onda. As ondas de rádio emitidas e recebidas por seu telefone têm aproximadamente um metro de comprimento. Em contraste, as ondas infravermelhas que viajam através da rede de fibra têm aproximadamente um milionésimo de metro de comprimento. Observe que nenhum desses comprimentos de onda afeta os elétrons em seu olho, uma vez que eles não são comprimentos de onda visíveis (cerca de 500 bilionésimos de metro de comprimento).

De alguma forma, a mensagem do seu telefone precisa ser ‘traduzida’ do rádio para ondas infravermelhas. Se você estiver usando Código Morse, pode imaginar que as ondas de rádio detectadas pelo seu provedor acendem e apagam, contendo sua mensagem. O laser gerenciado por seu provedor deve ser feito para produzir a mesma sequência de flashes que trafegam pela rede de fibra.

Os motivos para a interrupção desta cadeia de comunicação durante a monção são diferentes em comparação com a rede de fibra óptica.

As ondas de rádio que viajam entre o telefone e a torre de celular podem fazer os elétrons das gotas de água se mexerem, interrompendo a comunicação. O tamanho e a quantidade de gotas de chuva reduzem a força do sinal devido ao espalhamento das ondas de rádio, enquanto o vapor d'água na atmosfera absorve as ondas de rádio, convertendo-as em calor (como em seu forno de microondas).

Além disso, fortes chuvas de monções, vento e relâmpagos podem causar danos às torres de celular, resultando em interrupções na área que cobrem. Observe que é também por isso que você se encontra sem qualquer sinal em algumas áreas - não há torre de celular por perto. Mas talvez a causa mais comum de interrupção seja o 'bloqueio'. Quando muitas pessoas tentam se comunicar através de locais de processamento de sinal ao mesmo tempo, algumas mensagens se perdem.

Transferir aquele meme favorito do computador de seu autor para o seu é, portanto, um esforço que envolve ondas eletromagnéticas viajando muitos milhares de quilômetros. É uma conquista extraordinária da ciência moderna, e parece incrível que funcione! Talvez isso possa aliviar um pouco a sua frustração na próxima vez que sua Internet for desligada durante uma tempestade!

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