Czasem nauka zaczyna się od zwykłej ciekawości. Phil, nauczyciel chemii w liceum i autor popularnego kanału naukowego na YouTube, chciał sprawdzić, czy światło może przenosić dźwięk. Nie potrzebował do tego laboratorium pełnego specjalistycznego sprzętu. Wystarczyły mu iPad, tanie ogniwo słoneczne, kilka prostych komponentów i sporo cierpliwości.
Skąd pomysł na eksperyment dźwiękowy z iPadem i światłem?
Pomysł wziął się z przypadku. Podczas zabawy z małym panelem słonecznym zauważył, że głośnik podłączony do niego zaczyna cicho buczeć, gdy tylko panel wystawiony jest na światło. To drobne zjawisko wzbudziło jego ciekawość. Postanowił sprawdzić, czy da się przesłać przez światło nie tylko szum, ale też prawdziwą muzykę.
Na początku zbudował prosty wzmacniacz, który zwiększał sygnał audio z iPada. Zamiast wysłać go do głośnika, podłączył do diody LED zasilanej baterią 9 V. Gdy włączył muzykę, dioda zaczęła pulsować w rytm dźwięku. Każda zmiana jasności odpowiadała drobnym wahaniom napięcia w sygnale. Multimetr potwierdził, że światło rzeczywiście zmienia się zgodnie z muzyką.
Tablety w naszej ofercie:
Ten eksperyment miał jedno ograniczenie
Phil ustawił więc panel słoneczny naprzeciw diody i połączył go z małym głośnikiem komputerowym. Gdy dioda rozbłyskała, panel zamieniał zmiany światła z powrotem na prąd, a ten trafiał do głośnika. Ku jego zaskoczeniu, popłynęła z niego muzyka. Dźwięk nie był idealny, ale dało się rozpoznać rytm i słowa. Eksperyment działał.
Okazało się jednak, że system ma spore ograniczenie – wystarczyło odsunąć panel o kilkadziesiąt centymetrów, by dźwięk szybko cichł. To efekt tak zwanego prawa odwrotności kwadratu, które mówi, że intensywność światła maleje gwałtownie wraz z odległością.
Dioda laserowa rozwiązała problem
Aby temu zaradzić, Phil zastąpił zwykłą diodę czerwoną diodą laserową. Jej wiązka jest znacznie węższa i bardziej skupiona, dzięki czemu może pokonywać większe odległości bez dużych strat. Nauczyciel ustawił laser kilka metrów dalej, naprzeciw ogniwa słonecznego połączonego z głośnikiem. Gdy nacisnął „play”, przez jego salon ponownie popłynęła muzyka – tym razem wyraźniejsza i głośniejsza.
To proste doświadczenie pokazuje w praktyce zasadę, na której opierają się systemy komunikacji optycznej. Choć Phil zbudował swój nadajnik w domu, technologia ta jest znana od dawna. Już w latach 70. używano laserów do przesyłania danych w wojsku, bo trudno je było przechwycić, a sygnał był odporny na zakłócenia radiowe. Kilkadziesiąt lat później podobne rozwiązania trafiły do cywilnych zastosowań – głównie tam, gdzie nie dało się położyć światłowodów, na przykład w górach lub na dużych odległościach.
Domowe warunki wystarczą
Te systemy mają jednak jedną wspólną cechę: nadajnik i odbiornik muszą się „widzieć”. Wystarczy, że coś przerwie wiązkę, by połączenie zniknęło. W wersji Phila widać to jak na dłoni – nawet drobne przesunięcie panelu powodowało zanik dźwięku.
Mimo to doświadczenie robi wrażenie. Pokazuje, że nawet skomplikowane technologie da się zrozumieć i odtworzyć w domowych warunkach. Wystarczy trochę wiedzy i ciekawości, by zamienić zwykły promień lasera w nośnik dźwięku. Phil udowodnił, że nauka nie musi być odległa ani zarezerwowana dla laboratoriów. Czasem wystarczy spojrzeć na coś znanego z innej perspektywy. A wtedy światło zaczyna odtwarzać muzykę.
