Doppler-vaikutus on a ilmiö aaltoileva jolle on ominaista muutos pituussisäänAalto tai taajuus tarkkailijaan nähden liikkuvan lähteen lähettämä aalto.
Mikä on Doppler-vaikutus?
Se on tehtyDoppler se on fyysinen aaltoilmiö, joka tapahtuu, kun sitä on lähentäminen tai poistaminensuhteellinen aaltolähteen ja tarkkailijan välillä. Tämä ilmiö tapahtuu, koska nopeussisääneteneminensisäänyksiAaltoriippumatta siitä, mikä se voi olla, riippuu yksinomaan keinoista, joilla tämä aalto etenee. Siten, vaikka aaltojen lähde tai tarkkailija liikkuu, aallon etenemisnopeus ei muutu. Tarkkailijan vangitseman aallon aallonpituudella ja taajuudella on kuitenkin vaihtelu.
THE nopeussisääneteneminen minkä tahansa aallon, olipa kyseessä mekaaninen aalto (ääni) tai sähkömagneettinen aalto (valo), se pitää suhteessa aallonpituuteensa ja värähtelytaajuuteensa. Katsella:
v - aallon etenemisnopeus (m / s)
λ - aallonpituus (m)
f - värähtelytaajuus (Hz tai s-1)
Kuvittele seuraava tilanne: ambulanssi sireenin kanssa kulkee kadulla muuttaa pois tarkkailijan ja lähestyy toiselta tarkkailijalta. Katso alla olevaa kuvaa:
Kuinka ääniaaltojen etenemisnopeus Se riippuuvain/melko (tässä tapauksessa ilma), nopeussuhteellinen ääniaaltojen ja molempien tarkkailijoiden välillä on sama, sekä suhteessa tarkkailijaan, joka työntää pois kuinka paljon suhteessa tarkkailijaan kuka lähestyä aaltojen lähteen. Tällä tavoin nopeuden pysyminen vakio molempien tarkkailijoiden kohdalla muutoksia klo pituussisäänAalto (tilaa tarvitaan aallon loppuun värähtely) ja siinä taajuus. kuinka nämä suuruudet ovat käänteisestisuhteellinen, voidaan sanoa, että:
Tarkkailija, joka näkee ambulanssin muuttaa pois kuulee äänen suurempipituussisäänAalto ja pienempitaajuus, siis enemmän vakava;
Tarkkailija, joka näkee ambulanssin lähestyy kuulee äänen suurempitaajuus ja pienempipituussisäänAalto, siis enemmän akuutti.
Katso myös: Ääniaallot
Yllä olevassa kuvassa näkyy ääniaaltojen lähde ja liikkuvien äänen aaltopintojen aiheuttama muodonmuutos.
Kuka löysi Doppler-efektin?
Itävaltalainen fyysikko kuvasi täysin Doppler-vaikutuksen JohannkristillinenDoppler, vuonna 1842. Kokeellinen todiste tästä vaikutuksesta tehtiin kolme vuotta myöhemmin Buys Ballotin toimesta. Tätä varten Ballot suoritti utelellisen kokeen, jossa bändi lähetti useita nuotteja liikkuvan veturin päälle. Samaan aikaan joukko tarkkailijoita nauhoitti kuultavat muistiinpanot monta erilaistanopeudet lähestyminen ja lähtö junasta.
Doppler-efektikaava
Doppler-efektin taajuusmuutoksen laskemiseen käytetty yleinen kaava on esitetty alla:
f ' - havaittu taajuus (Hz)
f0 - lähetetty taajuus (Hz)
v - aallon nopeus keskellä (m / s)
v0 - tarkkailijan nopeus (m / s)
vF- lähettävän aallon lähteen nopeus (m / s)
Edellä esitetyn kaavan käyttämiseksi on tiedettävä, onko aaltolähde se on tarkkailija. Tätä varten:
Käytämme merkki ylhäältä sekä osoittajassa (+) että nimittäjässä (-), jos sellaisia on lähentäminen lähteen ja tarkkailijan välillä;
Käytämme matala signaali sekä osoittajassa (-) että osoittimessa (+), jos sellaisia on poistaminen lähteen ja tarkkailijan välillä.
Doppler-vaikutus lääketieteessä
Doppler-vaikutusta käytetään lääketieteessä useissa kuvantamistesteissä, kuten kaikukardiografiassa. Tässä kokeessa sydämen anatomisia ominaisuuksia tutkitaan etsimällä poikkeavuuksia sen toiminnassa. Tätä varten käytetään ultraääniä lähettävää lähdettä (äänet, joiden taajuus on yli 20 000 Hz). Nämä kudokset ja verenkierto absorboivat, taittavat ja heijastavat näitä ääniä, jotka käyttäytyvät heijastuneiden aaltojen toissijaisena lähteenä liikkeessä. Tällä tavalla on mahdollista kartoittaa veren pumppaus, tarkkailla veren palautusjäämiä jne.
Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)
Doppler-ekokardiografiassa veren heijastamat ääniaallot siepataan ultraäänilähteestä tai sen läheltä.
Katsomyös: Doppler Effect -diagnostiikka
Kevyt Doppler-tehoste
Doppler-vaikutus näkyy myös sähkömagneettisissa aalloissa, kuten valossa. Kuten äänen tapauksessa, valon nopeus ei riipu sen tarkkailijasta, vain väliaineesta, jossa se etenee. Siksi:
kun on lähentäminen sähkömagneettisten aaltojen lähteen ja tarkkailijan välillä, tämä havaitsee havaittujen taajuuksien kasvun ja aallonpituuden pienenemisen;
kun on poistaminen sähkömagneettisten aaltojen lähteen ja tarkkailijan välillä havaitsija havaitsee havaittujen taajuuksien vähenemisen ja aallonpituuden kasvun.
Katso myös:Valon väri ja taajuus
O Se on tehtyDopplerantaakevyt on ilmiö, jota havaitaan laajalti Venäjällä Tähtitiede. Tähtien lähettämä näkyvä valo jakautuu kapeaan taajuuskaistaan, jota kutsutaan näkyvä spektri. Kun näemme tähtien lähettämän valon kaukaisissa galakseissa, havaitsemme usein valotaajuuden kasvun, jota tähtitieteilijät kutsuvat sininen-shift, koska näkyvä valo pyrkii lähestymään sinisen värin taajuutta. Tapauksissa, joissa tähdet siirtyvät pois maasta, ilmiötä kutsutaan punainen muutos.
Kun tähti lähestyy katsojaa suurella nopeudella, sen kirkkaus näyttää muuttuvan sinertäväksi; kun siirryt pois, sen hehku muuttuu punertavaksi.
Doppler-vaikutus liikennetutkaan
Yksi Doppler-efektin sovelluksista on liikennevalotutka, jota käytetään ajoneuvojen nopeuden mittaamiseen. Nämä tutkat lähettävät valonsäteen, jonka taajuus on infrapuna-alueella. Sitten mitataan aika, joka tarvitaan säteen paluulle lähteeseen. kuinka valon nopeus on vakio, on mahdollista mitata nopeus, jolla toissijainen valoa heijastava lähde (ajoneuvo) liikkuu joka hetki, jopa suurilla etäisyyksillä.
Infrapunatutkaa käytetään ajoneuvojen hetkellisen nopeuden mittaamiseen.
Katsomyös: Maailmankaikkeuden laajeneminen
Doppler Effect -yhteenveto
Doppler-tehoste näkyy aina kun sitä on lähestyminen tai lähtö mekaanisten tai sähkömagneettisten aaltojen lähteen ja tarkkailijan välillä.
Lähentämisen tapauksessa havaittu taajuus on suurempi kuin lähteen lähettämä taajuus.
Etäisyyden tapauksessa havaittu taajuus on pienempi kuin lähteen lähettämä taajuus.
Doppler Effect - harjoitukset
Yläradan reunalla seisova mies tarkkailee ambulanssia, joka lähestyy nopeutta 20 m / s. Ottaen huomioon, että ambulanssi lähettää ääniä, joiden taajuus on 2500 Hz, määritä, minkä taajuuden mies kuulee.
Hyväksy:
vÄÄNI = 340 m / s
Resoluutio
Harjoituksen mukaan ambulanssi lähestyy levossa olevaa miestä. Siksi käytämme vain Doppler-efektikaavan huippumerkkejä sekä nimittäjässä että osoittajassa. Katsella:
Tässä harjoituksessa tarkkailijan nopeus on tyhjä, käytämme v0 = 0. Joten, korvaamalla muut muuttujat, meidän on:
Siksi ambulanssin lähestyessä tarkkailija kuulee korkeamman äänen lähellä 2656 Hz.
Katsomyös: Lisää harjoituksia Doppler-vaikutuksesta
Minun luona. Rafael Helerbrock
