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Física dos celulares

Física

Apesar de atuais, a ciência e a tecnologia por trás dos aparelhos celulares são muito mais antigas do que parecem. Novos processos e materiais oriundos dos laboratórios de Física podem ser encontrados no seu aparelho celular.
Os celulares popularizaram-se recentemente, no entanto, as tecnologias presentes nesses dispositivos são conhecidas há muito tempo.
Os celulares popularizaram-se recentemente, no entanto, as tecnologias presentes nesses dispositivos são conhecidas há muito tempo.
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A Física dos celulares, apesar de antiga, permanece atual. Perpassa os sistemas de captação de som, o funcionamento das telas e, até mesmo, a decodificação de sinal. Em todas essas tecnologias, há dezenas de anos de pesquisas aplicadas em Física.

Os celulares promovem agilidade e facilidade na comunicação a longa distância, por isso, desde sua popularização, o uso desses aparelhos tornou-se indispensável ao estilo de vida moderno. Além disso, a indústria da telecomunicação móvel é uma das que mais crescem em todo o mundo, impulsionando o desenvolvimento e a popularização de novas tecnologias, algumas já conhecidas por cientistas, engenheiros e matemáticos há muitos anos.

Evolução dos celulares

Os aparelhos celulares popularizaram-se na última década, passando a fazer parte das nossas vidas. A tecnologia desses aparelhos evoluiu grandemente nos últimos dez anos. Nesse período, novos materiais e componentes que surgiram com o avanço da Física no último século foram aprimorados e aplicados com o intuito de tornar nossa experiência cada vez mais simples e funcional.

Confira algumas tecnologias presentes no seu celular que são muito mais antigas do que você imagina.

Captação de som

Os celulares contam com mais de um microfone para captar a voz. Esses dispositivos captam os sons por meio de uma fina membrana chamada diafragma, que vibra com a incidência das ondas sonoras.

O diafragma é colado em uma pequena bobina (enrolamento de fios) que se move junto com ele. Dentro dessa bobina, por sua vez, um ímã, que fica ligado aos circuitos elétricos do microfone, fornece o campo magnético necessário para que o movimento relativo do ímã e da bobina produzam, de acordo com a lei de Faraday, sinais elétricos de frequências iguais às dos sons incidentes.

O microfone dos celulares funciona com a vibração de uma membrana ligada a uma bobina condutora.
O microfone dos celulares funciona com a vibração de uma membrana ligada a uma bobina condutora.

O problema é que a voz humana, assim como uma grande quantidade de sons, possui um timbre muito característico: os sons que ouvimos são produzidos pela sobreposição de um número muito grande de ondas de diferentes frequências. Se a solução desse problema não tivesse surgido ainda em 1822, a transmissão digital dessa informação implicaria em um enorme tráfego de dados para cada ligação.

Jean-Baptiste Joseph Fourier desenvolveu um método matemático chamado de Transformada de Fourier. Trata-se de uma equação que permite transformar qualquer sinal periódico em uma soma de senos e cossenos. Essa tecnologia é aplicada nos dias atuais para a transmissão de áudio, compactação de imagens em extensões, como .jpeg, .jpg, algoritmos de reconhecimento de voz, entre outros.

Telas

As mais modernas telas de celulares são produzidas com tecnologias LED, palavra em inglês que significa diodo emissor de luz. Os LEDs são dispositivos eletroluminescentes, ou seja, emitem luz como resposta à passagem de uma corrente elétrica, feitos com materiais semicondutores.

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Apesar de parecerem uma tecnologia recente, esses dispositivos foram descobertos em 1927. Por muitos anos, os físicos só conseguiam produzir LEDs verdes ou vermelhos. Em 1990, três físicos japoneses, Isamu Akasaki, Hiroshi Amano e Shuji Nakamura, produziram o primeiro LED azul, viabilizando a tecnologia por trás dos LEDs brancos.

Em virtude da sua eficiência energética em relação às outras tecnologias, como os LCDs (telas de cristal líquido), as telas LED apresentam maior contraste, uma vez que sua cor preta é produzida quando eles se apagam. Além disso, apresentam maior luminosidade. Por isso, os LEDs estão cada vez mais presentes nas telas dos celulares.

Uma das tecnologias mais recentes empregadas nas telas de televisores e de celulares é o OLED (diodo emissor de luz orgânico). Esse material foi descoberto por volta de 1950 e é feito de sais, polímeros e complexos orgânicos fosforescentes. Com o uso de OLED, é possível produzir telas com altíssima eficiência energética e extremamente maleáveis, possibilitando a fabricação de telas curvas e dobráveis.

 

Além de serem energeticamente eficientes, as telas OLED são dobráveis, finas e extremamente leves.
Além de serem energeticamente eficientes, as telas OLED são dobráveis, finas e extremamente leves.

Sinal

Em 1942, Hedy Lammar, uma famosa atriz de Hollywood e inventora autodidata, desenvolveu, junto com seu amigo e compositor George Antheil, uma tecnologia capaz de alterar dinamicamente as frequências de rádio utilizadas pelas tropas norte-americanas durante a Segunda Guerra Mundial. A tecnologia levou alguns anos para ser implementada e permitiu a mobilidade atual dos telefones celulares.

As primeiras tentativas de transmitir a voz por meio de ondas eletromagnéticas surgiram em 1945, nos laboratórios Bell, nos Estados Unidos. A ideia inicial era promover a comunicação fora dos automóveis, implementando neles transmissores e receptores de rádio. A tecnologia foi muito bem-aceita e cresceu rapidamente, passando a ser usada por boa parte das viaturas policiais em todo o país.

Anos mais tarde, a tecnologia dos primeiros celulares foi implementada por meio da repetição de várias torres que cobriam pequenas células (daí surgiu o nome celular). Essas torres emitiam sinal de um celular de uma para a outra até que ele pudesse chegar ao seu destino sem grandes perdas de qualidade, como ocorria nos rádios.

As torres de celular tornaram-se mais comuns em virtude da necessidade de ampliação da cobertura móvel.
As torres de celular tornaram-se mais comuns em virtude da necessidade de ampliação da cobertura móvel.


Por Me. Rafael Helerbrock

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

HELERBROCK, Rafael. "Física dos celulares"; Brasil Escola. Disponível em <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/fisica-dos-celulares.htm>. Acesso em 22 de marco de 2019.

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