WiFi through wallsWiFi prin pereți
(and why the message comes out intact)(și de ce mesajul ajunge întreg)The router is in the hallway, the laptop is two rooms away, and the video still plays. The signal went straight through brick and concrete, and it arrived carrying exactly the bits that left. Two parts explain how: first what any radio wave does when it meets a wall, starting from what electric charge is, then the trick WiFi uses to keep its message intact. Each step builds on the last.Routerul e pe hol, laptopul e la două camere distanță, și filmul tot merge. Semnalul a trecut drept prin cărămidă și beton și a ajuns purtând exact biții care au plecat. Două părți explică cum: întâi ce face orice undă radio când întâlnește un perete, pornind de la ce e sarcina electrică, apoi trucul prin care WiFi-ul își păstrează mesajul întreg. Fiecare pas se sprijină pe cel dinainte.
part onepartea întâi
How a wave gets through a wallCum trece o undă printr-un perete
(true for any radio wave, WiFi includedvalabil pentru orice undă radio, inclusiv WiFi)step 1 of 9pasul 1 din 9
Electric chargeSarcina electrică
Before any wave, the thing it’s made of. Electric charge is a property some particles carry, the way they carry mass. It comes in two kinds, called positive and negative. Charges of the same kind push each other away, opposite ones pull each other together, and the push gets weaker with distance.Înainte de orice undă, lucrul din care e făcută. Sarcina electrică e o proprietate pe care o au unele particule, așa cum au masă. Există două feluri, numite pozitivă și negativă. Sarcinile de același fel se împing una pe alta, cele opuse se trag una spre alta, iar împingerea slăbește cu distanța.
It’s in everything. Every atom has a tiny nucleus made of protons, each carrying one unit of positive charge, and neutrons, which carry none. The nucleus is surrounded by a cloud of electrons, and each electron carries exactly one unit of negative charge. Here is what that looks like.E peste tot. Fiecare atom are un nucleu minuscul, făcut din protoni, fiecare cu o unitate de sarcină pozitivă, și din neutroni, care n-au sarcină. În jurul nucleului e un nor de electroni, iar fiecare electron are exact o unitate de sarcină negativă. Uite cum arată.
- protonsprotoni
- electronselectroni
- neutronsneutroni
- +14
- −14
- 14 (no charge)(fără sarcină)
net charge: sarcina netă: +14 − 14 = 0
silicon: with oxygen, most of sand, glass, brick and concrete.siliciu: împreună cu oxigenul, cea mai mare parte din nisip, sticlă, cărămidă și beton.
not to scale: the nucleus is about 100 000 times smaller than the atom. If the atom were a football stadium, the nucleus would be a pea in the middle. And electrons don’t circle like planets; they’re spread out as a cloud, so the dots only count them.nu e la scară: nucleul e de vreo 100 000 de ori mai mic decât atomul. Dacă atomul ar fi un stadion de fotbal, nucleul ar fi un bob de mazăre în mijloc. Iar electronii nu se învârt ca planetele; sunt răspândiți ca un nor, așa că punctele doar îi numără.
The normal state is balance. An ordinary atom has exactly as many electrons as protons, and that has a surprising result: put another charge next to the atom and it feels no push at all. The nucleus pushes it away, the electrons pull it in just as hard, and the two cancel. Here it is one part at a time.Starea obișnuită e echilibrul. Un atom obișnuit are exact atâția electroni câți protoni, iar asta are un efect surprinzător: pune o altă sarcină lângă atom și ea nu simte nicio împingere. Nucleul o împinge, electronii o trag la fel de tare, și cele două se anulează. Iată fiecare parte, pe rând.
On its own, the positive nucleus pushes the positive charge away.Singur, nucleul pozitiv împinge sarcina pozitivă și o îndepărtează.
Add up countless balanced atoms and you get a table, a wall or your hand: an astronomical amount of charge and no net charge at all. That’s why they don’t push on each other from a distance.Adună nenumărați atomi echilibrați și obții o masă, un perete sau mâna ta: o cantitate astronomică de sarcină și nicio sarcină netă. De asta nu se împing unii pe alții de la distanță.
So why don’t they pass through each other? Because the balance only holds from outside. Push two atoms together below, gently and then as hard as you can, and watch how far they really go.Atunci de ce nu trec unul prin altul? Pentru că echilibrul ține doar privit din afară. Apropie mai jos doi atomi, întâi ușor, apoi cât de tare poți, și uită-te cât de mult se apropie de fapt.
| overlapsuprapunere | push-backîmpingere înapoi |
|---|---|
| 8% | 3 |
| 25% | 60 |
| 35% | 340 |
how hard you push them togethercât de tare îi împingi unul spre altul
- your pushîmpingerea ta
- how far the clouds overlapcât se suprapun norii
- 0
- 0%
no push: the atoms sit apart and don’t push on each othernicio împingere: atomii stau departe unul de altul și nu se împing
a qualitative cartoon: the push is in made-up units and the curve only has the right shape. Real clouds fade out instead of ending at a line, so the push-back starts gently; and just before touching, atoms feel a faint pull (the van der Waals force), left out here.o caricatură calitativă: împingerea e în unități inventate, iar curba are doar forma corectă. Norii reali se estompează în loc să se termine la o linie, așa că împingerea înapoi începe ușor; iar chiar înainte să se atingă, atomii simt o tragere slabă (forța van der Waals), lăsată deoparte aici.
Two things push back. The nuclei are no longer hidden behind their own clouds, so nucleus pushes on nucleus and cloud on cloud. And, much more strongly, a rule of quantum physics, the Pauli exclusion principle, forbids two electrons from crowding into the same state: squeezing the clouds into each other costs a great deal of energy. Press your hand on a table and this happens between countless pairs of atoms at once. What you feel as touching is the electron clouds refusing to overlap.Două lucruri împing înapoi. Nucleele nu mai sunt ascunse în spatele propriilor nori, așa că nucleul împinge nucleul și norul împinge norul. Și, mult mai puternic, o regulă a fizicii cuantice, principiul de excluziune al lui Pauli, nu lasă doi electroni să se înghesuie în aceeași stare: ca să împingi norii unul în altul îți trebuie foarte multă energie. Apasă cu mâna pe o masă și asta se petrece deodată între nenumărate perechi de atomi. Ce simți ca atingere e refuzul norilor de electroni de a se suprapune.
And charge can’t be created or destroyed, only moved. Rub a balloon on your hair and a few electrons move from your hair to the balloon. Now both are slightly out of balance and they pull on each other. That’s static electricity.Iar sarcina nu poate fi creată sau distrusă, doar mutată. Freacă un balon de păr și câțiva electroni trec de pe păr pe balon. Acum amândouă sunt ușor dezechilibrate și se trag unul spre altul. Asta e electricitatea statică.
An atom that has lost an electron, or picked up an extra one, is no longer balanced, and it gets a name: an ion. Missing an electron, it’s a positive ion; with one too many, a negative ion. Here is one atom becoming an ion.Un atom care a pierdut un electron sau a mai primit unul nu mai e echilibrat și capătă un nume: ion. Dacă îi lipsește un electron, e un ion pozitiv; dacă are unul în plus, un ion negativ. Iată un atom care devine ion.
a neutral sodium atomun atom neutru de sodiu
- protonsprotoni
- +11
- electronselectroni
- −11
net charge: sarcina netă: +11 − 11 = 0
Sodium lets its outermost electron go easily, so in nature it is almost always a positive ion, Na⁺.Sodiul își cedează ușor electronul cel mai din afară, așa că în natură e aproape mereu un ion pozitiv, Na⁺.
Now the same with many atoms at once: every electron you take away leaves a positive ion behind, every one you add makes a negative ion, and a charge nearby starts to feel the difference.Acum același lucru cu mulți atomi deodată: fiecare electron pe care îl iei lasă în urmă un ion pozitiv, fiecare pe care îl adaugi face un ion negativ, iar o sarcină din apropiere începe să simtă diferența.
- protons / electronsprotoni / electroni
- 12 / 12
- push on the chargeîmpingerea asupra sarcinii
- noneniciuna
- net charge of the piecesarcina netă a bucății
- 0
- ionsioni
- noneniciunul
a cartoon: a balloon holds nearly a million billion billion electrons, and rubbing it on your hair moves only about a trillionth of them. That’s already enough to make it stick to a wall.o caricatură: un balon conține aproape un milion de miliarde de miliarde de electroni, iar frecatul de păr mută doar cam o miime de miliardime din ei. Asta ajunge deja ca să se lipească de perete.
Some materials let charge move around. In a metal, every atom lets go of an electron or two. Those electrons drift freely through the whole piece, and what stays behind is a grid of positive ions, held in place. The free electrons are what let metal conduct electricity. That’s why antennas are made of metal: a circuit pushes those free electrons back and forth along the antenna, and moving charge is where a radio wave begins.Unele materiale lasă sarcina să se miște. Într-un metal, fiecare atom renunță la un electron sau doi. Electronii aceștia circulă liber prin toată bucata, iar ce rămâne e o rețea de ioni pozitivi, ținuți pe loc. Electronii liberi sunt cei care fac metalul să conducă electricitatea. De asta antenele sunt din metal: un circuit împinge electronii liberi încolo și încoace de-a lungul antenei, iar de la sarcina în mișcare pornește orice undă radio.
step 2 of 9pasul 2 din 9
An electromagnetic waveO undă electromagnetică
Step 1 showed that charges push and pull on each other without touching. Physicists have a name for the push a charge spreads around itself: its electric field.Pasul 1 a arătat că sarcinile se împing și se trag fără să se atingă. Fizicienii au un nume pentru împingerea pe care o sarcină o răspândește în jurul ei: câmpul electric al sarcinii.
That push reaches out in every direction, without end: in principle a charge pushes on every other charge in the universe, only more and more weakly the further away they are.Împingerea ajunge în toate direcțiile, la nesfârșit: în principiu, o sarcină împinge orice altă sarcină din univers, doar tot mai slab cu cât aceasta e mai departe.
Now move the charge. Its push has to change everywhere, but the change doesn’t arrive everywhere at once. It spreads out from the charge like a ripple when you dip a finger into a pond, at the speed of light: 300 000 km every second. Until the ripple reaches them, other charges still feel the push from where the charge used to be.Acum mișcă sarcina. Împingerea ei trebuie să se schimbe peste tot, dar schimbarea nu ajunge peste tot deodată. Se întinde de la sarcină ca un cerc pe apă când atingi un lac cu degetul, cu viteza luminii: 300 000 km pe secundă. Până când cercul ajunge la ele, celelalte sarcini simt încă împingerea de acolo unde era sarcina înainte.
- near charge: feels the charge where it issarcina apropiată: simte sarcina acolo unde e
- far charge: feels the charge where it issarcina îndepărtată: simte sarcina acolo unde e
slowed down enormously: the real news travels at 300 000 km per second, so across this screen it would take less than a billionth of a second.încetinit enorm: vestea adevărată merge cu 300 000 km pe secundă, așa că ar traversa ecranul acesta în mai puțin de o miliardime de secundă.
So moving even a single electron sends news of it out through the universe at the speed of light. But the news thins out as it spreads over a bigger and bigger sphere, and one electron’s ripple is far too faint to notice on its own. That’s why an antenna moves billions of electrons together, in step: their ripples add up into one strong enough to pick up across a room or a city.Deci chiar și când miști un singur electron, vestea pleacă prin univers cu viteza luminii. Dar vestea se subțiază pe măsură ce se întinde pe o sferă tot mai mare, iar cercul unui singur electron e mult prea slab ca să-l observi. De asta o antenă mișcă miliarde de electroni deodată, în același ritm: cercurile lor se adună într-unul destul de puternic încât să-l prinzi de cealaltă parte a camerei sau a orașului.
One move sends one ripple. Now keep shaking the charge up and down: every shake sends out a new one, so a steady train of ripples spreads away from it, push up, push down, push up. That travelling train of ripples is an electromagnetic wave. Light is one, and so are radio and WiFi. Watch it leave the antenna below; the far charge on the right only starts to move once the ripple reaches it.O mișcare trimite un cerc. Acum scutură sarcina în sus și în jos fără oprire: fiecare scuturătură trimite unul nou, așa că de la ea pleacă un șir neîntrerupt de cercuri, împinge în sus, împinge în jos, împinge în sus. Șirul acesta de cercuri care călătorește este o undă electromagnetică. Lumina e una, la fel radioul și WiFi-ul. Privește-o mai jos cum pleacă din antenă; sarcina îndepărtată din dreapta începe să se miște abia când ajunge cercul la ea.
Two numbers describe the wave: how many times a second it flips (its frequency) and the distance from one crest to the next (its wavelength). They’re tied together, because frequency times wavelength is always the speed of light. Shake twice as fast and the ripples come out half as long; try it with the slider under the drawing. Notice too that when you change the shaking, the old ripples don’t change: the new ones leave the antenna and travel out behind them.Unda e descrisă de două numere: de câte ori pe secundă se întoarce (frecvența) și distanța de la o creastă la următoarea (lungimea de undă). Sunt legate între ele, pentru că frecvența înmulțită cu lungimea de undă dă mereu viteza luminii. Scutură de două ori mai repede și undele ies de două ori mai scurte; încearcă cu glisorul de sub desen. Observă și că atunci când schimbi scuturatul, undele vechi nu se schimbă: cele noi pleacă din antenă și merg în urma lor.
Radio, microwaves, infrared, visible light, ultraviolet and X-rays are all this same thing at different frequencies; the list under the drawing shows how long their ripples are. WiFi is one of them: a router’s antenna shakes its electrons 2.4 billion times a second, which makes ripples about 12 cm long.Radioul, microundele, infraroșul, lumina vizibilă, ultravioletul și razele X sunt toate același lucru, la frecvențe diferite; lista de sub desen arată ce lungime de undă are fiecare. WiFi-ul e unul dintre ele: antena unui router își scutură electronii de 2,4 miliarde de ori pe secundă, ceea ce dă unde lungi de vreo 12 cm.
the same thing, shaken at different speeds (faster to the right, shorter ripples)același lucru, scuturat cu viteze diferite (spre dreapta mai repede, unde mai scurte)
For each: how many times a second it flips, then how long one ripple is, from one crest to the next, and what that length compares to.Pentru fiecare: de câte ori pe secundă se întoarce, apoi cât de lungă e o undă, de la o creastă la următoarea, și cu ce se compară lungimea asta.
- FM radioradio FM100 MHz · 3 m100 MHz · 3 m≈ the height of a roomînălțimea unei camere
- WiFiWiFi2.4 GHz · 12 cm2,4 GHz · 12 cm≈ a phoneun telefon
- infrared (heat)infraroșu (căldură)30 THz · 10 µm30 THz · 10 µm≈ a tenth of a hair’s widtha zecea parte din grosimea unui fir de păr
- visible lightlumină vizibilă550 THz · 0.5 µm550 THz · 0,5 µm≈ over 100 times thinner than a hairde peste 100 de ori mai subțire decât un fir de păr
- ultravioletultraviolet1 500 THz · 0.2 µm1 500 THz · 0,2 µm≈ smaller than a bacteriummai mic decât o bacterie
- X-raysraze X3 million THz · 0.1 nm3 milioane de THz · 0,1 nm≈ one atomun atom
units: MHz, GHz and THz mean a million, a billion and a trillion flips a second; µm is a thousandth of a millimetre and nm a millionth. The drawing above is slowed down enormously: the real ripple moves at 300 000 km per second, and the magnetic part is drawn only to show where it is, not how strong.unități: MHz, GHz și THz înseamnă un milion, un miliard și o mie de miliarde de întoarceri pe secundă; µm e o miime de milimetru, iar nm o milionime. Desenul de mai sus e încetinit enorm: unda adevărată merge cu 300 000 km pe secundă, iar partea magnetică e desenată doar ca să se vadă unde e, nu cât de puternică e.
The green circles are the magnetic half. Magnetism is the other kind of push charges feel, the one you know from magnets and compasses: it only acts on charges that are moving, and it pushes them sideways. In the wave it points at right angles both to the electric push and to the way the wave travels. The electric arrows lie flat in the screen, so the magnetic ones stick straight out of it or into it. An arrow coming at you shows only its tip, drawn ⊙; one going away shows only its tail feathers, drawn ⊗. They flip together with the electric arrows: wherever the electric push points up, the magnetic one points out at you.Cercurile verzi sunt jumătatea magnetică. Magnetismul e celălalt fel de împingere pe care îl simt sarcinile, cel pe care îl știi de la magneți și busole: acționează doar asupra sarcinilor care se mișcă și le împinge într-o parte. În undă, e perpendicular și pe împingerea electrică, și pe direcția în care merge unda. Săgețile electrice stau în planul ecranului, așa că cele magnetice ies drept din el sau intră în el. O săgeată care vine spre tine își arată doar vârful, desenat ⊙; una care pleacă își arată doar coada cu pene, desenată ⊗. Se întorc odată cu săgețile electrice: oriunde împingerea electrică arată în sus, cea magnetică arată spre tine.
The magnetic half is what lets the wave carry itself: as the electric push changes, it makes the magnetic one, and as the magnetic one changes, it makes the electric one. So unlike a ripple on a pond, this one needs no water, nothing at all to travel through: it’s how sunlight crosses 150 million kilometres of empty space to reach us. But when the wave reaches a charge, the magnetic push on it is tiny next to the electric one (smaller by the charge’s speed divided by the speed of light), so from step 3 on only the electric push is drawn. Turn the wave around below to see both halves at once.Jumătatea magnetică e cea care lasă unda să se poarte singură: când împingerea electrică se schimbă, o naște pe cea magnetică, iar când cea magnetică se schimbă, o naște pe cea electrică. Așa că, spre deosebire de cercurile de pe lac, unda aceasta n-are nevoie nici de apă, nici de altceva prin care să meargă: așa traversează lumina Soarelui 150 de milioane de kilometri de spațiu gol până la noi. Dar când unda ajunge la o sarcină, împingerea magnetică asupra ei e minusculă pe lângă cea electrică (mai mică în raportul dintre viteza sarcinii și viteza luminii), așa că de la pasul 3 încolo e desenată doar împingerea electrică. Rotește unda mai jos ca să vezi ambele jumătăți deodată.
Far away, every charge the wave reaches gets shaken in turn, like the charge on the right of the wave drawing above. The rest of this page is about what that shaking does.Departe, fiecare sarcină la care ajunge unda e scuturată pe rând, ca sarcina din dreapta desenului cu unda de mai sus. Restul paginii e despre ce face scuturatul acesta.
step 3 of 9pasul 3 din 9
One atomUn atom
When an electromagnetic wave reaches something, it brings that flipping push with it, and every charge in its way feels it.Când o undă electromagnetică ajunge la ceva, aduce cu ea împingerea care se tot întoarce, iar fiecare sarcină din calea ei o simte.
Walls are made of atoms, so start with a single one: a heavy, positive nucleus wrapped in a cloud of light, negative electrons. The wave pushes the cloud one way and the nucleus the other.Pereții sunt făcuți din atomi, așa că pornim de la unul singur: un nucleu greu și pozitiv, învelit într-un nor de electroni ușori și negativi. Unda împinge norul într-o parte și nucleul în cealaltă.
Why opposite ways? Because they carry opposite charges. An electric field pushes positive charges along its direction and negative charges the opposite way, equally hard; it’s the same rule that makes opposite charges attract and holds the atom together in the first place. So the wave doesn’t shove the atom along as one piece, it stretches it a little. The nucleus is thousands of times heavier, so practically only the cloud moves.De ce în părți opuse? Pentru că au sarcini opuse. Un câmp electric împinge sarcinile pozitive în direcția lui și pe cele negative în sens opus, la fel de tare; e aceeași regulă care face sarcinile opuse să se tragă una spre alta și care ține atomul laolaltă. Așa că unda nu împinge atomul ca pe o singură bucată, ci îl întinde puțin. Nucleul e de mii de ori mai greu, așa că practic se mișcă doar norul.
- the push flipsfrecvența împingerii
- 2.4 GHz2,4 GHz
- compared with the electron’s own rhythmfață de ritmul propriu al electronului
- about a million times slowercam de un milion de ori mai lentă
- the electron cloud movesnorul de electroni se mișcă
- in step with the pushîn pas cu împingerea
- energy the atom soaks upenergia absorbită de atom
- practically nonepractic deloc
a classical model of a bound electron. The motion is hugely exaggerated, the animation runs at the same slow pace whatever the slider says, and the atom’s peak is drawn far wider than a real one.un model clasic al unui electron legat. Mișcarea e mult exagerată, animația merge la fel de încet orice ar arăta glisorul, iar vârful atomului e desenat mult mai lat decât unul real.
The atom becomes a tiny antenna. With its cloud pushed off-centre, the atom is lopsided, and the lopsidedness flips with the push. Charges moving back and forth always send out a wave of their own (it’s exactly what the antenna in step 2 was doing), so the atom re-sends a little wave, at exactly the rhythm of the push. Most of it goes sideways, none along the line it shakes in. The rings spreading from the atom on the board are that little wave, drawn leaving the atom once per shake.Atomul devine o antenă minusculă. Cu norul împins din centru, atomul e asimetric, iar asimetria se întoarce odată cu împingerea. Sarcinile care se mișcă încolo și încoace trimit mereu o undă a lor (exact ce făcea antena de la pasul 2), așa că atomul retrimite o undă mică, exact în ritmul împingerii. Cea mai mare parte pleacă în lateral, nimic pe linia pe care se scutură. Cercurile care pleacă de la atomul de pe tablă sunt unda aceea mică, desenată plecând din atom la fiecare scuturătură.
A radio wave pushes far too slowly to be absorbed. The electron has a rhythm of its own, set by how tightly the atom holds it. For the atoms in brick, glass or wood it sits in the ultraviolet, about a million times faster than WiFi’s 2.4 billion flips a second. Pushed that slowly, the cloud simply follows along in step and hands every bit of energy back to the wave. Drag the slider to the atom’s own rhythm and it swings hard, falls a quarter-beat behind, and drinks energy. Glass is see-through for the same reason: visible light is still slower than its electrons’ rhythm. Coloured things contain molecules whose rhythm sits inside the visible range.O undă radio împinge mult prea încet ca să fie absorbită. Electronul are un ritm al lui, dat de cât de strâns îl ține atomul. Pentru atomii din cărămidă, sticlă sau lemn, ritmul acesta e în ultraviolet, cam de un milion de ori mai rapid decât cele 2,4 miliarde de întoarceri pe secundă ale WiFi-ului. Împins atât de încet, norul pur și simplu ține pasul și îi dă undei înapoi toată energia. Trage glisorul până la ritmul propriu al atomului și norul se leagănă tare, rămâne în urmă cu un sfert de bătaie și soarbe energie. Sticla e transparentă din același motiv: lumina vizibilă e tot mai lentă decât ritmul electronilor ei. Lucrurile colorate conțin molecule al căror ritm cade chiar în domeniul vizibil.
And the shift is unimaginably small. Ten metres from a typical router, the cloud moves around a trillionth of the atom’s own width. What makes it matter is the number of atoms: one square metre of brick wall holds more of them than there are grains of sand on Earth, close to a billion times over.Iar deplasarea e de neimaginat de mică. La zece metri de un router obișnuit, norul se mută cu vreo miime de miliardime din lățimea atomului. Ce o face să conteze e numărul de atomi: un metru pătrat de zid de cărămidă are mai mulți atomi decât sunt fire de nisip pe Pământ, de aproape un miliard de ori mai mulți.
step 4 of 9pasul 4 din 9
A row of atomsUn rând de atomi
Now line a few atoms up under the wave. Each one gets the push that’s right above it, a little later than its neighbour, and each one re-sends. What they add up to depends on how the material holds its electrons.Acum aliniază câțiva atomi sub undă. Fiecare primește împingerea de chiar deasupra lui, puțin mai târziu decât vecinul, și fiecare retrimite. Ce dă suma lor depinde de cum își ține materialul electronii.
- 1Electrons are tied to their atoms, like a ball on a spring. They jiggle a little, in step with the push.Electronii sunt legați de atomii lor, ca o bilă pe un arc. Se mișcă puțin, în ritmul împingerii.
- 2Each one re-sends a small wave, at exactly the same rhythm.Fiecare retrimite o undă mică, exact în același ritm.
- 3Added up: most of the wave goes on, slower (refraction), and a little comes back (reflection).Adunat: cea mai mare parte a undei merge mai departe, mai încet (refracție), iar o parte mică se întoarce (reflexie).
zoomed in and not to scale: a single 12 cm ripple spans roughly 400 million atoms in a row, and the shaking is far smaller than drawn.mărit și nu la scară: o singură undă de 12 cm cuprinde cam 400 de milioane de atomi la rând, iar scuturatul e mult mai mic decât în desen.
Whatever the material, all those re-sent little waves (the rings around each atom) add up with the original one. Going forward, each little wave is re-sent a beat late, so adding it to the original pulls the crests back a little, atom after atom: the wave travels slower inside the wall. Going backward, they add up to a weak wave heading home. Any friction in the shaking turns into heat.Oricare ar fi materialul, toate undele mici retrimise (cercurile din jurul fiecărui atom) se adună cu unda originală. Înainte, fiecare undă mică e retrimisă cu o clipă de întârziere, așa că, adunată cu originalul, îi trage crestele puțin înapoi, atom după atom: unda merge mai încet în perete. Înapoi, se adună într-o undă slabă care se întoarce acasă. Orice frecare din scuturat se transformă în căldură.
And the shaking always keeps the rhythm of the push. A charge shaken 2.4 billion times a second re-sends at 2.4 billion times a second, never anything else. That’s why a wall can weaken a radio wave and delay it, but can’t change its frequency, and it’s what keeps the message readable at the end of this page.Iar scuturatul păstrează mereu ritmul împingerii. O sarcină scuturată de 2,4 miliarde de ori pe secundă retrimite de 2,4 miliarde de ori pe secundă, niciodată altfel. De asta un perete poate slăbi și întârzia o undă radio, dar nu-i poate schimba frecvența, iar asta păstrează mesajul lizibil la sfârșitul paginii.
step 5 of 9pasul 5 din 9
Four things a wave can doPatru lucruri pe care le face o undă
Now zoom back out to the size of a room. Add up all those shaken charges over a whole wall, and the wave can do four things. You already know all four from light and sound.Acum depărtează-te din nou, la mărimea unei camere. Adună toate sarcinile scuturate de pe un perete întreg și unda poate face patru lucruri. Le știi pe toate patru de la lumină și de la sunet.
The little waves the charges send backwards add up to a wave coming back off the surface, at the same angle it arrived. A mirror does this with light. Metal, with its free electrons, does it with radio waves and sends back almost all of them.Undele mici pe care sarcinile le trimit înapoi se adună într-o undă care se întoarce de pe suprafață, sub același unghi sub care a venit. O oglindă face asta cu lumina. Metalul, cu electronii lui liberi, face asta cu undele radio și le trimite înapoi aproape pe toate.
Where the shaking meets friction, like water molecules rubbing as they turn, some of the wave’s energy becomes a tiny bit of heat, the way a black T-shirt warms up in the sun. Water and damp concrete are especially thirsty.Acolo unde scuturatul întâlnește frecare, ca la moleculele de apă care se freacă atunci când se rotesc, o parte din energia undei devine un pic de căldură, așa cum se încălzește un tricou negru la soare. Apa și betonul umed sunt deosebit de însetate.
The little waves the charges send forwards hold the wave back, so inside the wall it travels slower and its ripples bunch up. Arriving at an angle, it also changes direction: it’s why a straw looks bent in a glass of water. Out the other side it’s back to its old speed and direction, just shifted.Undele mici pe care sarcinile le trimit înainte trag unda înapoi, așa că în perete merge mai încet, iar crestele i se înghesuie. Când vine sub un unghi, își schimbă și direcția: de asta un pai pare frânt într-un pahar cu apă. Pe partea cealaltă revine la viteza și direcția de dinainte, doar deplasată.
This one isn’t about the atoms: every point on a wavefront acts like a small new source, so through a gap or past a corner the wave fans out instead of staying a narrow beam. It’s how you hear someone around a corner. The longer the ripple compared with the opening, the more it spreads.Aici nu e vorba de atomi: fiecare punct al unui front de undă se poartă ca o mică sursă nouă, așa că printr-o deschizătură sau după un colț unda se răsfiră în loc să rămână un fascicul îngust. Așa auzi pe cineva de după colț. Cu cât unda e mai lungă față de deschizătură, cu atât se răsfiră mai mult.
The first three happen at the wall itself. Whatever doesn’t bounce back or soak in goes through (physicists call that part transmitted), and refraction is what the transmitted part does on its way through.Primele trei se petrec chiar la perete. Ce nu se întoarce și nu e absorbit trece mai departe (fizicienii numesc partea asta transmisă), iar refracția e ce face partea transmisă pe drum.
Diffraction is different: it’s how the wave reaches places around the wall, through doorways and past corners. Indoors all four happen at once, plus bounces off every other surface, so your laptop hears several copies of the signal arriving by different paths.Difracția e altceva: e felul în care unda ajunge în locuri din jurul peretelui, prin uși și după colțuri. În casă, toate patru se petrec deodată, plus reflexii de pe orice altă suprafață, așa că laptopul tău aude mai multe copii ale semnalului, sosite pe drumuri diferite.
The rest of this page follows the most direct path: straight through the wall.Restul paginii urmează drumul cel mai direct: drept prin perete.
step 6 of 9pasul 6 din 9
One wave, one wallO undă, un perete
Aim a wave straight at a single wall and three of the four happen together: some is reflected, some is absorbed, the rest is transmitted. Head-on, refraction doesn’t bend the wave; it only slows it down, which is why the ripples bunch up inside the wall.Îndreaptă o undă drept spre un singur perete și trei dintre cele patru se petrec deodată: o parte e reflectată, o parte e absorbită, restul e transmis. Din față, refracția nu îndoaie unda; doar o încetinește, de aceea crestele se înghesuie în perete.
How the split goes depends on what the wall is made of. Brick and concrete still soak up a lot, even though step 3 said their atoms barely do: what drinks the wave is mostly the water trapped in their pores, plus impurities.Cum se împarte depinde de materialul peretelui. Cărămida și betonul tot absorb mult, deși la pasul 3 am văzut că atomii lor abia o fac: ce soarbe unda e mai ales apa prinsă în pori, plus impuritățile.
20%20%
reflectedreflectată
55%55%
absorbedabsorbită
25%25%
transmittedtransmisă
rough shares for a 2.4 GHz wave hitting the wall head-on. The ripples bunch up inside the wall (refraction). The wave on the right is drawn at its true height, which is why it barely shows after concrete.proporții aproximative pentru o undă de 2,4 GHz care lovește peretele din față. Crestele se înghesuie în perete (refracție). Unda din dreapta e desenată la înălțimea ei reală, de aceea abia se mai vede după beton.
Look at the wave that made it through. It’s smaller, but its ripples are exactly as long as before and they arrive at the same rhythm. The wall took some of its strength and nothing else. That’s the whole story in miniature; the next three steps only add detail.Privește unda care a trecut. E mai mică, dar are exact aceeași lungime de undă și sosește în același ritm. Peretele i-a luat o parte din putere și nimic altceva. Asta e toată povestea în miniatură; următorii trei pași doar adaugă detalii.
Metal is the odd one out. Its free electrons reflect almost the whole wave, like a mirror. That’s why a phone loses signal inside an elevator and WiFi dies behind a fridge. Whatever does reach you there came around the metal: diffraction through a door or a gap, and reflections off other walls.Metalul e excepția. Electronii lui liberi reflectă aproape toată unda, ca o oglindă. De asta telefonul pierde semnalul în lift și WiFi-ul moare în spatele frigiderului. Ce ajunge totuși la tine acolo a ocolit metalul: prin difracție, pe la o ușă sau o deschizătură, și prin reflexii de pe alți pereți.
step 7 of 9pasul 7 din 9
Walls add upPereții se adună
A real flat has several walls, and distance thins the wave out too, as it spreads over a bigger and bigger sphere. Each wall takes its share of whatever is left, so the losses multiply.Un apartament adevărat are mai mulți pereți, iar distanța subțiază și ea unda, care se întinde pe o sferă tot mai mare. Fiecare perete ia partea lui din ce a rămas, așa că pierderile se înmulțesc.
That’s why engineers count them in decibels, which simply add up: every 3 dB halves the power, every 10 dB divides it by ten. One brick wall (6 dB) leaves a quarter. Brick plus concrete (18 dB) leaves 1 in 63.De asta inginerii le socotesc în decibeli, care pur și simplu se adună: la fiecare 3 dB puterea se înjumătățește, la fiecare 10 dB scade de zece ori. Un zid de cărămidă (6 dB) lasă un sfert. Cărămidă plus beton (18 dB) lasă 1 din 63.
What decides whether the laptop can still listen isn’t the signal on its own. It’s how far the signal stands above the faint background hiss every radio hears: the random jiggling of charges in everything warm, the receiver included, plus other radios nearby. That gap is the signal-to-noise ratio, SNR, and it’s the number to watch from here on.Ce decide dacă laptopul mai poate asculta nu e semnalul în sine. E cât de mult se ridică semnalul deasupra fâșâitului slab de fond pe care îl aude orice radio: mișcarea la întâmplare a sarcinilor din orice lucru cald, receptorul inclus, plus alte radiouri din jur. Diferența asta e raportul semnal-zgomot, SNR, și e numărul de urmărit de aici încolo.
- ripple length (in air)lungimea de undă (în aer)
- 12.3 cm12,3 cm
- power the walls let throughputerea pe care o lasă pereții să treacă
- 1 in 631 din 63
- at the laptopla laptop
- -60 dBm
- signal above the hiss (SNR)semnalul peste fâșâit (SNR)
- 35 dB
heights are drawn on a squashed (square-root) scale, otherwise the wave after two walls would be a flat line. Wall losses are typical measured values; a real brick wall can be several dB off either way.înălțimile sunt desenate pe o scară turtită (rădăcină pătrată), altfel unda de după doi pereți ar fi o linie dreaptă. Pierderile prin pereți sunt valori tipice măsurate; un zid de cărămidă real poate fi cu câțiva dB mai bun sau mai rău.
Watch the ripples inside the concrete: refraction again. They bunch up because the wave travels slower in it, then spread back out when it leaves. The speed changes, the rhythm never does.Privește crestele din beton: din nou refracție. Se înghesuie pentru că unda merge mai încet prin el, apoi se răresc la loc când iese. Viteza se schimbă, ritmul niciodată.
Then switch to 5 GHz. Its channels are wider and less crowded, so it’s faster up close, but every wall takes a bigger bite. That’s why the 5 GHz network is the first to vanish as you walk away from the router.Apoi treci pe 5 GHz. Canalele lui sunt mai late și mai puțin aglomerate, așa că e mai rapid de aproape, dar fiecare perete mușcă mai mult din el. De asta rețeaua de 5 GHz e prima care dispare când te îndepărtezi de router.
part twopartea a doua
How WiFi keeps the messageCum își păstrează WiFi-ul mesajul
(the part that is WiFi’s ownpartea care ține doar de WiFi)step 8 of 9pasul 8 din 9
Where the message ridesUnde stă mesajul
So far the wave was just a wave. To carry a message, WiFi keeps nudging it: each nudge sets the wave’s size and its timing (its phase) to one of a few agreed choices.Până aici unda a fost doar o undă. Ca să ducă un mesaj, WiFi-ul îi tot dă câte un ghiont: fiecare ghiont îi fixează mărimea și momentul (faza) pe una dintre câteva variante stabilite dinainte.
Draw those choices as points on a map: a point’s distance from the centre is the wave’s size, and its angle around the centre is its timing. With 2 points, each nudge says 0 or 1. With 4 points it says two bits at once, with 16 points four bits, and the densest WiFi maps have 1024 points, 10 bits per nudge.Desenează variantele acestea ca puncte pe o hartă: distanța unui punct față de centru e mărimea undei, iar unghiul lui în jurul centrului e momentul ei. Cu 2 puncte, fiecare ghiont spune 0 sau 1. Cu 4 puncte spune doi biți deodată, cu 16 puncte patru biți, iar cele mai dense hărți WiFi au 1024 de puncte, 10 biți pe ghiont.
Type a message below. It becomes bits, the bits become points on a 4‑point map, and the points travel through the walls you built in step 7.Scrie un mesaj mai jos. Devine biți, biții devin puncte pe o hartă cu 4 puncte, iar punctele trec prin pereții pe care i-ai construit la pasul 7.
??????????
80 of 80 bits wronggreșiți: 80 din 80 de bițihello wall
every bit righttoți biții sunt corecțiThe left map is what a naive receiver sees: the right shape, but rotated. Every centimetre of distance turns it by about 29° at 2.4 GHz: a ripple is 12.3 cm long, so one more centimetre is about a twelfth of a full turn. Each wall adds a turn of its own, because the wave slows down inside it and its crests arrive later. Nobody can know the rotation in advance.Harta din stânga e ce vede un receptor naiv: forma corectă, dar rotită. Fiecare centimetru de distanță o rotește cu vreo 29° la 2,4 GHz: o undă are 12,3 cm, așa că un centimetru în plus înseamnă cam a douăsprezecea parte dintr-o tură. Fiecare perete adaugă o rotire a lui, pentru că unda încetinește în el și crestele ajung mai târziu. Nimeni nu poate ști rotirea dinainte.
So every WiFi packet starts with a preamble, a short pattern both sides know by heart. The receiver compares what it heard with what it expected, reads off the rotation and the volume, and undoes both for the rest of the packet. The wall never scrambled the message. It rotated it and made it quieter, and both can be reversed.Așa că fiecare pachet WiFi începe cu un preambul, un tipar scurt pe care ambele părți îl știu pe de rost. Receptorul compară ce a auzit cu ce aștepta, citește rotirea și volumul și le anulează pe amândouă pentru restul pachetului. Peretele n-a amestecat niciodată mesajul. L-a rotit și l-a făcut mai încet, iar amândouă se pot întoarce.
step 9 of 9pasul 9 din 9
When the hiss winsCând câștigă fâșâitul
One thing can’t be undone: the hiss. Turning a quiet signal back up turns the background noise up with it, so the points arrive blurred. On a 4‑point map that hardly matters, the points are far apart. On a dense map they sit close together, and a blurred point lands on its neighbour.Un singur lucru nu se poate anula: fâșâitul. Când dai mai tare un semnal slab, dai mai tare și zgomotul de fond, așa că punctele ajung încețoșate. Pe o hartă cu 4 puncte nu prea contează, punctele sunt departe unele de altele. Pe o hartă densă stau aproape, iar un punct încețoșat aterizează pe vecinul lui.
Try it on the board in step 8: pick 1024‑QAM. If the letters still come out right, add another concrete wall in step 7 and come back.Încearcă pe tabla de la pasul 8: alege 1024‑QAM. Dacă literele ies tot bine, mai adaugă un perete de beton la pasul 7 și revino.
A router handles this the way you’d handle a bad phone line: it speaks slower. It picks the densest map the SNR allows (that’s the router picks option), and adds error-correcting code on top, spare bits that let the receiver repair the few mistakes that remain. Fewer bits per nudge means a slower connection, not a wrong one. That’s why WiFi in the far room is slow rather than garbled.Un router se descurcă așa cum te-ai descurca tu pe o linie de telefon proastă: vorbește mai rar. Alege cea mai densă hartă pe care o permite SNR-ul (asta e opțiunea alege routerul) și adaugă deasupra un cod corector de erori, biți în plus cu care receptorul repară puținele greșeli rămase. Mai puțini biți pe ghiont înseamnă o conexiune mai lentă, nu una greșită. De asta WiFi-ul din camera îndepărtată e lent, nu bâlbâit.
The whole thing on four notesTotul pe patru bilețele
the rhythm survivesritmul supraviețuiește
A wall can’t change the frequency. Same rhythm out as in, so the laptop knows where to listen.Un perete nu poate schimba frecvența. Același ritm la ieșire ca la intrare, așa că laptopul știe unde să asculte.
loudness is what you payplătești în putere
Each wall bounces back or soaks up a share of the power. Losses add up, wall after wall.Fiecare perete întoarce sau absoarbe o parte din putere. Pierderile se adună, perete după perete.
the twist is undonerotirea se anulează
Distance and walls rotate the whole map. A known preamble measures the rotation, the receiver turns it back.Distanța și pereții rotesc toată harta. Un preambul cunoscut măsoară rotirea, iar receptorul o întoarce la loc.
the hiss sets the speedfâșâitul dictează viteza
Fewer, wider-spaced points, plus spare bits to repair mistakes. Slower, but still right.Mai puține puncte, mai rare, plus biți în plus ca să repari greșelile. Mai încet, dar tot corect.