Un semplice esperimento spiega come funziona la fibra ottica

I cavi in fibra ottica connettono il mondo intero e permettono alle persone di comunicare. Sono nelle nostre casa, nel posto dove lavoriamo, negli ospedali e persino sul fondo del mare. La maggior parte di noi, però, non dedica particolare attenzione al loro preciso funzionamento.

Per nostra fortuna, un video breve e simpatico prodotto dal dipartimento di Fisica e Astronomia dell'università dello Utah è riuscito a riassumere perfettamente in immagini le proprietà fisiche di un cavo di fibra ottica.

Stando alla descrizione del video, alcuni professori volevano mostrare ai loro studenti di fisica come funziona questo tipo di cavi, ma volevano farlo in un modo più originale che agitandone semplicemente uno davanti alla classe descrivendone le varie parti.

Per illustrare la loro lezione, i professori hanno prima riempito una bottiglia vuota, poi hanno fatto un buco nella bottiglia e hanno posizionato un puntatore laser dalla parte opposta, facendo in modo che il raggio uscisse precisamente dal buco. Quando hanno stretto la bottiglia, l'acqua ha cominciato a uscire dall'incisione. E il raggio laser, invece di rimanere una linea dritta, è rimbalzato oltre l'angolo di superficie dell'acqua, schizzando via dalla bottiglia e creando un raggio liquido e contenuto di luce.

La causa di ciò è una proprietà chiamata riflessione interna totale, che permette al raggio laser di riflettersi dall'interfaccia tra aria e acqua. Stando allo YouTuber engieerguy (vi consiglio caldamente di guardare i suoi approfondimenti sulla fibra ottica), il fenomeno in questione si presenta per via di una "differenza tra l'indice di rifrazione del materiale guida… e l'[aria] esterna."

Ogni volta che la luce colpisce una superficie, può essere assorbita, riflessa o refratta a seconda del materiale. Ma, come spiega engineerguy, se un raggio di luce colpisce una superficie ad un angolo maggiore dell'angolo critico, si riflette invece di rifrangersi, ed è proprio questo che succede nell'esperimento dell'università dello Utah.

La fibra ottica applica queste stesse regole quando trasmette i segnali luminosi su distanze incredibilmente ampie. Invece di contenere la luce in un singolo getto d'acqua, però, la fibra ottica è fatta di vetro (SiO2), vetro e polimeri, o solo polimeri. Sono più sottili di un capello umano, con un diametro che va dai 750 ai 2000 micron.

Un cavo può contenere fino a diverse centinaia di fibre e ognuna di essere trasporta informazioni usando tecnologia luminosa. Quando la luce viaggia per una fibra ottica, si riflette continuamente contro il rivestimento interno a specchio del filo. Le informazioni elettriche inviate da una fonte sono codificate in impulsi luminosi, che sono poi processati da un ricevitore che trasforma quegli impulsi in informazioni come un video live dal vostro intestino, se stiamo parlando di un cavo in fibra ottica tipo un endoscopio.

I cavi in fibra ottica funzionano anche nella trasmissione del suono per linee telefoniche fisse, o delle onde radio per i cellulari.

Ci sono diversi vantaggi nell'usare i cavi in fibra ottica rispetto a quelli tradizionali di rame per soddisfare le nostre necessità di comunicazione. Non solo sono più economici da fabbricare, ma sono anche più efficaci, richiedono meno energia e sono più sicuri. E se volete spiegare a qualcuno come funzionano, non dovete fare altro che bervi un litro di soda e procurarvi un puntatore laser.