Como funciona o radar de velocidade?

autoestradas

Preventivos, punitivos, tributários… Existe muita controversia sobre a idoneidade dos dispositivos automáticos de controlo de velocidade. Este artigo não se destina a aprofundar esta polémica mas a aprender como funciona o tipo mais comum de cinemómetro: o radar de velocidade.

Todos os tipos de de radar funcionam segundo o mesmo princípio básico: emitem uma onda eletromagnética em direção ao objecto a detetar, sendo esta onda refletida de volta para a antena. Analisando o sinal que retorna, podem ser conhecidas muitas características do objeto em questão.

As ondas eletromagnéticas são oscilações do campo eletromagnético que se propagam em linha reta à velocidade constante de 299 792 458 m/s, ou seja, um pouco menos de 300 000 km/s. Uns mil milhões de quilómetros por hora. A esta velocidade, seria possível dar a volta à Terra sete vezes e meia a cada segundo.

Ao número de oscilações que se produzem a cada segundo chama-se frequência. Os nossos olhos são capazes de ver as ondas eletromagnéticas que se produzem entre os 400 e os 800 mil milhões de oscilações por segundo; este tipo de frequências eletromagnéticas recebem o nome de luz. No entanto, as ondas utilizadas nos radares são frequências muito mais baixas.

Muitas pessoas pensam que o radar mede o tempo que o feixe eletromagnético demora a voltar à antena, mas isso não é verdade. Como a velocidade da luz é tão grande, o radar deveria ser capaz de medir tempos muito curtos, o que se torna muito difícil e dispendioso. Na realidade, o cinemómetro por radar baseia-se no efeito Doppler.

efeito-doppler

O efeito Doppler ocorre quando o recetor da onda se move em relação ao emissor ou vice-versa. Se o emissor se está a mover, significa que cada nova oscilação parte de uma posição ligeiramente diferente. Como consequência disto, a distância entre cada crista da onda será diferente. Pensemos, por exemplo, na onda emitida no mesmo sentido do movimento. Depois de emitir uma oscilação, o emissor desloca-se para a frente, fazendo com que a oscilação seguinte esteja mais próxima do que se o emissor estivesse imóvel.

Quando estas ondas mais próximas chegam ao recetor, parece-lhe que a frequência é maior. Contrariamente, as ondas emitidas no sentido contrário à marcha sofrem o fenómeno contrário: se o emissor se distancia do recetor, a frequência recebida é menor. Este fenómeno ocorre também com as ondas sonoras. É muito fácil notar isto nos automóveis de competição, o som é muito agudo quando se aproximam e, de repente, se converte em grave quando passam em frente e começam a afastar-se (daí utilizar-se a onomatopeia “fiiiiiuuuuuuuuu”).

Mas voltemos aos radares que vigiam as nossas estradas. Quando uma onda atinge o nosso automóvel, devido ao facto de este se mover a uma certa velocidade, a sua frequência muda. Bem, medindo a diferença na frequência, o radar pode saber a que velocidade se movia o veículo.

Mas não é assim tão simples. De novo, a diferença nas frequências é muito pequena devido ao facto de a velocidade a que circula ser muito pequena em comparação com a velocidade da luz. Para medir a frequência com tamanha precisão seriam necessários instrumentos muito caros e delicados.

No entanto, existe uma forma de poder medir alterações muito pequenas na frequência com facilidade: sobrepor a onda original e a refletida. Ao sobrepor duas ondas, as suas oscilações adicionam-se e formam uma única onda final. Se as duas ondas estão a oscilar para o mesmo lado, então a onda total terá o dobro do tamanho (interferência construtiva). Pelo contrário, se as duas ondas estão a oscilar em direções opostas, se anularão mutuamente e a onda final será muito pequena (interferência destrutiva).

pulso

No caso do radar, como as frequências das duas ondas são um pouco diferentes, o ritmo em que varia a direção da oscilação de cada uma também é diferente, como pudemos ver no diagrama anterior. Começam a oscilar ambas em direção ao mesmo sentido, o que faz com que a onda resultante (a laranja) seja maior. No entanto, ao fim de um bocado, oscilarão em sentido contrário, fazendo com que a onda laranja praticamente desapareça. E assim acontece ciclicamente.

Isto significa que a amplitude da onda total vai mudando com o tempo e se produzem pulsações. De novo, este fenómeno ocorre com todas as ondas; por exemplo, nas ondas sonoras utiliza-se para afinar instrumentos (i.e. se ao sobrepor um diapasão calibrado com uma corda de piano escutarmos pulsações, isto significa que a corda do piano não está bem afinada).

Pois bem, sabendo a largura de cada pulsação, o radar de velocidade pode conhecer a frequência da onda refletida. E sabendo a frequência, calcula a velocidade a que se movia o nosso carro. Com um bom equipamento, bem calibrado, podem ser obtidas medições muito boas da velocidade. Por exemplo, numa experiência de laboratório do segundo ano do curso de Física, com uma antena de microondas e um osciloscópio, eu mesmo pude medir a velocidade de um comboio elétrico com uma precisão de 1%.

Foto | Francisco Santos