Το φαινόμενο Doppler είναι ένα φαινόμενο κυματοειδής χαρακτηρίζεται από την αλλαγή του μήκοςσεκύμα ή από συχνότητα ενός κύματος που εκπέμπεται από μια πηγή που κινείται σε σχέση με έναν παρατηρητή.
Τι είναι το Doppler Effect;
Είναι φτιαγμένοΝτόπλερ είναι ένα φαινόμενο φυσικών κυμάτων που συμβαίνει όταν υπάρχει προσέγγιση ή μετακίνησησυγγενής μεταξύ μιας πηγής κυμάτων και ενός παρατηρητή. Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει επειδή το ταχύτητασεδιάδοσησεέναςκύμαΌ, τι κι αν είναι, εξαρτάται αποκλειστικά από τα μέσα με τα οποία διαδίδεται αυτό το κύμα. Έτσι, ακόμη και αν η πηγή των κυμάτων ή ο παρατηρητής κινείται, η ταχύτητα διάδοσης του κύματος δεν θα αλλάξει. Ωστόσο, θα υπάρξει μια διακύμανση στο μήκος κύματος και τη συχνότητα του κύματος που συλλαμβάνεται από τον παρατηρητή.
Ο ταχύτητασεδιάδοση οποιουδήποτε κύματος, είτε πρόκειται για μηχανικό κύμα (ήχος) είτε για ηλεκτρομαγνητικό κύμα (φως), διατηρεί μια αναλογική σχέση με το μήκος κύματος και με τη συχνότητα ταλάντωσης. Παρακολουθώ:
β - ταχύτητα διάδοσης κυμάτων (m / s)
λ - μήκος κύματος (m)
φά - συχνότητα ταλάντωσης (Hz ή s-1)
Φανταστείτε την ακόλουθη κατάσταση: ένα ασθενοφόρο με τη σειρήνα του ταξιδεύει σε έναν δρόμο απομακρύνεται ενός παρατηρητή και πλησιάζοντας από άλλο παρατηρητή. Κοιτάξτε την παρακάτω εικόνα:
Πώς η ταχύτητα διάδοσης των ηχητικών κυμάτων Εξαρτάταιμόνοτουαρκετά (στην περίπτωση αυτή, ο αέρας), το ταχύτητασυγγενής μεταξύ των ηχητικών κυμάτων και των δύο παρατηρητών θα είναι το ίδιο, τόσο σε σχέση με τον παρατηρητή που σπρώξτε πόσο σε σχέση με τον παρατηρητή που πλησιάζω της πηγής των κυμάτων. Με αυτόν τον τρόπο, για να παραμείνει η ταχύτητα συνεχής και για τους δύο παρατηρητές αλλαγές στο μήκοςσεκύμα (απαιτείται χώρος για να ολοκληρώσει το κύμα ταλάντωση) και σε αυτό συχνότητα. πώς είναι αυτά τα μεγέθη αντιστρόφωςαναλογικά, μπορεί να ειπωθεί ότι:
Ο παρατηρητής που βλέπει το ασθενοφόρο απομακρύνεται θα ακούσει έναν ήχο με μεγαλύτεροςμήκοςσεκύμα και μικρότεροςσυχνότητα, επομένως, περισσότερα σοβαρός;
Ο παρατηρητής που βλέπει το ασθενοφόρο πλησιάζοντας θα ακούσει έναν ήχο μεγαλύτεροςσυχνότητα και μικρότεροςμήκοςσεκύμα, επομένως, περισσότερα οξύς.
Δείτε επίσης: Ηχητικά κύματα
Η παραπάνω εικόνα δείχνει μια πηγή ηχητικών κυμάτων που κινούνται και την παραμόρφωση που υφίστανται τα εκπεμπόμενα κύματα ήχου.
Ποιος ανακάλυψε το εφέ Doppler;
Το φαινόμενο Doppler περιγράφηκε πλήρως από τον Αυστριακό φυσικό ΓιοχάνΧριστιανόςΝτόπλερ, το 1842. Πειραματική απόδειξη αυτού του αποτελέσματος έγινε τρία χρόνια αργότερα από τον Buys Ballot. Γι 'αυτό, ο Ballot πραγματοποίησε ένα περίεργο πείραμα στο οποίο ένα συγκρότημα έδωσε πολλές μουσικές νότες πάνω από μια κινούμενη ατμομηχανή. Εν τω μεταξύ, ένα σύνολο παρατηρητών κατέγραψε τις σημειώσεις που ακούστηκαν σύμφωνα με το πολλά διαφορετικάταχύτητες προσέγγιση και αναχώρηση από το τρένο.
Τύπος Doppler Effect
Ο γενικός τύπος που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της αλλαγής συχνότητας στο εφέ Doppler φαίνεται παρακάτω:
φά' - παρατηρούμενη συχνότητα (Hz)
φά0 - εκπεμπόμενη συχνότητα (Hz)
β - ταχύτητα κύματος στη μέση (m / s)
β0 - ταχύτητα παρατηρητή (m / s)
βφά- ταχύτητα της πηγής κύματος εκπομπής (m / s)
Για να χρησιμοποιήσετε τον τύπο που φαίνεται παραπάνω, είναι απαραίτητο να γνωρίζετε εάν υπάρχει κενό μεταξύ του πηγή κυμάτων είναι το παρατηρητής. Για αυτό:
Χρησιμοποιούμε το σημάδι από ψηλά και στον αριθμητή (+) και στον παρονομαστή (-) εάν υπάρχει προσέγγιση μεταξύ της πηγής και του παρατηρητή ·
Χρησιμοποιούμε το χαμηλό σήμα και στον αριθμητή (-) και στον αριθμητή (+) εάν υπάρχει μετακίνηση μεταξύ της πηγής και του παρατηρητή.
Επίδραση Doppler στην ιατρική
Το φαινόμενο Doppler χρησιμοποιείται στην ιατρική σε διάφορες εξετάσεις απεικόνισης, όπως η ηχοκαρδιογραφία. Σε αυτήν την εξέταση, μελετώνται οι ανατομικές ιδιότητες της καρδιάς σε αναζήτηση ανωμαλιών στη λειτουργία της. Για αυτό, χρησιμοποιείται μια πηγή εκπομπής υπερήχων (ακούγεται με συχνότητα μεγαλύτερη από 20 000 Hz). Αυτοί οι ήχοι απορροφώνται, διαθλάται και ανακλάται από διαφορετικούς ιστούς και ροή αίματος, οι οποίοι συμπεριφέρονται ως δευτερεύουσα πηγή ανακλώμενων κυμάτων σε κίνηση. Με αυτόν τον τρόπο, είναι δυνατόν να χαρτογραφηθεί η άντληση αίματος, να παρατηρηθεί παλινδρόμηση αίματος κ.λπ.
Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση;)
Στην ηχοκαρδιογραφία Doppler, καταγράφονται ηχητικά κύματα που απεικονίζονται από το αίμα, τα οποία απομακρύνονται ή πλησιάζουν την πηγή υπερήχων.
Κοίταεπίσης: Διαγνωστικά από το Doppler Effect
Εφέ Light Doppler
Το φαινόμενο Doppler φαίνεται επίσης σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα όπως το φως. Όπως στην περίπτωση του ήχου, η ταχύτητα του φωτός δεν εξαρτάται από τον παρατηρητή του, μόνο από το μέσο στο οποίο διαδίδεται. Ως εκ τούτου:
όταν υπάρχει προσέγγιση μεταξύ της πηγής των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και ενός παρατηρητή, ο τελευταίος θα παρατηρήσει αύξηση των παρατηρούμενων συχνοτήτων και μείωση του μήκους κύματος.
όταν υπάρχει μετακίνηση μεταξύ της πηγής των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και ενός παρατηρητή, ο παρατηρητής θα παρατηρήσει μείωση των παρατηρούμενων συχνοτήτων και αύξηση του μήκους κύματος.
Δείτε επίσης:Το χρώμα και η συχνότητα του φωτός
Ο Είναι φτιαγμένοΝτόπλερδίνειφως είναι ένα φαινόμενο που παρατηρείται ευρέως στο Αστρονομία. Το ορατό φως που εκπέμπεται από τα αστέρια κατανέμεται σε μια ζώνη στενής συχνότητας που ονομάζεται ορατό φάσμα. Όταν βλέπουμε το φως που εκπέμπεται από τα αστέρια σε απομακρυσμένους γαλαξίες, παρατηρούμε συχνά αύξηση της συχνότητας του φωτός, την οποία καλούν οι αστρονόμοι ως μπλε μετατόπιση, δεδομένου ότι το ορατό φως τείνει να πλησιάζει τη συχνότητα του μπλε χρώματος. Σε περιπτώσεις όπου τα αστέρια απομακρύνονται από τη Γη, το φαινόμενο ονομάζεται κόκκινη μετατόπιση.
Όταν ένα αστέρι πλησιάζει τον θεατή με μεγάλη ταχύτητα, η φωτεινότητά του φαίνεται να γίνεται μπλε. όταν απομακρύνεστε, η λάμψη του γίνεται κοκκινωπή.
Επίδραση Doppler στο ραντάρ κυκλοφορίας
Μία από τις εφαρμογές του φαινομένου Doppler είναι στα ραντάρ φωτεινού σηματοδότη, που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της ταχύτητας των οχημάτων αυτοκινήτων. Αυτά τα ραντάρ εκπέμπουν μια ακτίνα φωτός, η συχνότητα των οποίων είναι στην υπέρυθρη περιοχή. Στη συνέχεια, μετράται ο χρόνος που απαιτείται για την επιστροφή της δέσμης στην πηγή. πώς είναι η ταχύτητα του φωτός συνεχής, Είναι δυνατόν να μετρηθεί η ταχύτητα με την οποία η δευτερεύουσα πηγή ανάκλασης φωτός (όχημα) κινείται κάθε στιγμή, ακόμη και σε μεγάλες αποστάσεις.
Τα υπέρυθρα ραντάρ χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της στιγμιαίας ταχύτητας των οχημάτων.
Κοίταεπίσης: Επέκταση του κόσμου
Σύνοψη εφέ Doppler
Το εφέ Doppler εμφανίζεται όποτε υπάρχει προσέγγιση ή αναχώρηση μεταξύ μιας πηγής μηχανικών ή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και ενός παρατηρητή.
Στην περίπτωση προσέγγισης, η παρατηρούμενη συχνότητα είναι μεγαλύτερη από τη συχνότητα που εκπέμπεται από την πηγή.
Στην περίπτωση απόστασης, η παρατηρούμενη συχνότητα είναι χαμηλότερη από τη συχνότητα που εκπέμπεται από την πηγή.
Doppler Effect - ασκήσεις
Ένας άντρας που στέκεται στην άκρη μιας διάβασης πεζών βλέπει ένα ασθενοφόρο που πλησιάζει με ταχύτητα 20 m / s. Λαμβάνοντας υπόψη ότι το ασθενοφόρο εκπέμπει ήχους με συχνότητα ίση με 2500 Hz, καθορίστε ποια συχνότητα θα ακούσει ο άντρας.
Ενστερνίζομαι:
βΗΧΟΣ = 340 m / s
Ανάλυση
Σύμφωνα με την άσκηση, το ασθενοφόρο πλησιάζει τον άνδρα, ο οποίος βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας. Ως εκ τούτου, θα χρησιμοποιήσουμε μόνο τα κορυφαία σημάδια του τύπου εφέ Doppler, τόσο στον παρονομαστή όσο και στον αριθμητή. Παρακολουθώ:
Σε αυτήν την άσκηση, όπως είναι η ταχύτητα του παρατηρητή μηδενικό, θα χρησιμοποιήσουμε το v0 = 0. Έτσι, αντικαθιστώντας τις άλλες μεταβλητές, πρέπει:
Επομένως, κατά τη διάρκεια της προσέγγισης του ασθενοφόρου, ο παρατηρητής θα ακούσει έναν υψηλότερο ήχο με συχνότητα κοντά στο 2656 Ηζ.
Κοίταεπίσης: Περισσότερες ασκήσεις για το εφέ Doppler
Από εμένα, Rafael Helerbrock
