A Doppler-effektus a jelenség hullámzó változása jellemzi hosszban benhullám vagy innen frekvencia egy olyan hullám által kibocsátott hullám, amely egy megfigyelőhöz képest mozog.
Mi a Doppler-effektus?
KészültDoppler egy fizikai hullám jelenség, amely akkor fordul elő, amikor van közelítés vagy eltávolításrelatív hullámforrás és megfigyelő között. Ez a jelenség azért következik be, mert a sebességban benszaporításban benegyhullámbármi is legyen az, kizárólag azon a módon függ, hogy ez a hullám továbbterjed-e. Így még akkor is, ha a hullámok forrása vagy a megfigyelő elmozdul, a hullám terjedési sebessége nem változik. A megfigyelő által elfogott hullám hullámhosszában és frekvenciájában azonban eltérés lesz.
A sebességban benszaporítás bármely hullám, legyen az mechanikus hullám (hang) vagy elektromágneses hullám (fény), arányos kapcsolatot tart fenn hullámhosszával és rezgési frekvenciájával. Néz:
v - hullám terjedési sebessége (m / s)
λ - hullámhossz (m)
f - rezgési frekvencia (Hz vagy s-1)
Képzelje el a következő helyzetet: egy mentőautó szirénájával halad az utcán elköltözni megfigyelő és közeledik egy másik megfigyelőtől. Nézd meg az alábbi képet:
Hogyan terjed a hanghullámok terjedési sebessége Attól függcsaknak,-nekegészen (ebben az esetben a levegő), a sebességrelatív a hanghullámok és mindkét megfigyelő között ugyanaz lesz, mindkettő a megfigyelővel kapcsolatban, aki eltol mennyit a megfigyelőhöz képest ki megközelítés a hullámok forrásának. Ily módon a sebesség megmaradása érdekében állandó mindkét megfigyelő esetében előfordulnak változtatások a hosszban benhullám (a hullámnak az oszcilláció befejezéséhez szükséges hely) és abban frekvencia. hogy ezek a nagyságrendek fordítvaarányos, elmondható, hogy:
A megfigyelő, aki meglátja a mentőket elköltözni hangot fog hallani nagyobbhosszban benhullám és kisebbfrekvencia, ezért többet komoly;
A megfigyelő, aki meglátja a mentőket közeledik hangját hallja nagyobbfrekvencia és kisebbhosszban benhullám, ezért többet akut.
Lásd még: Hang hullámok
A fenti képen látható a mozgó hanghullámok forrása és a kibocsátott hanghullámok által elszenvedett deformáció.
Ki fedezte fel a Doppler-hatást?
A Doppler-hatást az osztrák fizikus teljes körűen leírta JohannkeresztényDoppler, 1842-ben. Ezt a hatást kísérleti bizonyítékkal három évvel később Buys Ballot bizonyította. Ehhez Ballot furcsa kísérletet hajtott végre, amelynek során egy zenekar több hangjegyet bocsátott ki egy mozgó mozdony tetején. Időközben megfigyelők összegyűjtették a sok különbözősebességek megközelítés és indulás a vonatról.
Doppler-effektus képlete
A Doppler-effektus frekvenciaváltozásának kiszámításához használt általános képlet az alábbiakban látható:
f ' - megfigyelt frekvencia (Hz)
f0 - kibocsátott frekvencia (Hz)
v - hullámsebesség középen (m / s)
v0 - megfigyelő sebesség (m / s)
vF- a kibocsátó hullámforrás sebessége (m / s)
A fent bemutatott képlet alkalmazásához tudni kell, van-e rés a hullámforrás ez a megfigyelő. Ezért:
Használjuk a jel felülről mind a számlálóban (+), mind a nevezőben (-), ha van ilyen közelítés a forrás és a megfigyelő között;
Használjuk a alacsony jel mind a számlálóban (-), mind a számlálóban (+), ha van ilyen eltávolítás a forrás és a megfigyelő között.
Doppler-hatás az orvostudományban
A Doppler-hatást az orvostudományban alkalmazzák különféle képalkotó vizsgálatokban, például az echokardiográfiában. Ebben a vizsgában a szív anatómiai tulajdonságait tanulmányozzuk annak működésében fellépő rendellenességek után kutatva. Ehhez ultrahangos sugárforrást használnak (20 000 Hz-nél nagyobb frekvenciájú hangok). Ezeket a hangokat elnyelik, megtörik és visszaverik a különböző szövetek és a véráramlás, amelyek a visszavert hullámok másodlagos forrásaként viselkednek a mozgásban. Ily módon lehetőség nyílik a vér pumpálásának feltérképezésére, a vér refluxjának megfigyelésére stb.
Ne álljon meg most... A reklám után még több van;)
A Doppler-echokardiográfián a vér által visszatükrözött hanghullámokat rögzítik, amikor elmozdul az ultrahangforrástól vagy annak közelében.
Nézis: Diagnosztika Doppler Effect segítségével
Fény Doppler-effektus
A Doppler-effektus olyan elektromágneses hullámokban is megfigyelhető, mint a fény. Mint a hang esetében, a fény sebessége sem függ a megfigyelőjétől, csak attól a közegtől, amelyben terjed. Ebből kifolyólag:
amikor van közelítés Az elektromágneses hullámok forrása és egy megfigyelő között ez észleli a megfigyelt frekvenciák növekedését és a hullámhossz csökkenését;
amikor van eltávolítás Az elektromágneses hullámok forrása és egy megfigyelő között a megfigyelő észreveszi a megfigyelt frekvenciák csökkenését és a hullámhossz növekedését.
Lásd még:A fény színe és gyakorisága
O KészültDoppleradfény ban széles körben megfigyelhető jelenség Csillagászat. A csillagok által kibocsátott látható fény az úgynevezett keskeny frekvenciasávban oszlik el látható spektrum. Amikor látjuk a csillagok által kibocsátott fényt egy távoli galaxisban, gyakran megfigyeljük a fény frekvenciájának növekedését, amelyet a csillagászok kék műszak, mivel a látható fény hajlamos megközelíteni a kék szín frekvenciáját. Azokban az esetekben, amikor a csillagok eltávolodnak a Földtől, a jelenséget ún vörös váltás.
Amikor egy csillag nagy sebességgel közeledik a nézőhöz, úgy tűnik, a fényessége kékessé válik; amikor eltávolodik, fénye vörösessé válik.
Doppler-hatás a forgalmi radarra
A Doppler-effektus egyik alkalmazási területe a közlekedési lámpák radarjai, amelyeket a járművek sebességének mérésére használnak. Ezek a radarok fénysugarat bocsátanak ki, amelynek frekvenciája az infravörös tartományban van. Ezután megmérik a sugárnak a forráshoz való visszatéréséhez szükséges időt. milyen a fénysebesség állandó, meg lehet mérni azt a sebességet, amellyel a másodlagos fényvisszaverő forrás (jármű) minden pillanatban mozog, még nagy távolságokra is.
Az infravörös radarokat a járművek pillanatnyi sebességének mérésére használják.
Nézis: Univerzum tágulás
Doppler-effektus összefoglaló
A Doppler-effektus bármikor megjelenik megközelítés vagy távozás mechanikus vagy elektromágneses hullámok forrása és egy megfigyelő között.
Közelítés esetén a megfigyelt frekvencia nagyobb, mint a forrás által kibocsátott frekvencia.
Távolság esetén a megfigyelt frekvencia alacsonyabb, mint a forrás által kibocsátott frekvencia.
Doppler-effektus - gyakorlatok
Az átjáró szélén álló férfi 20 m / s sebességgel közeledő mentőautót figyel. Figyelembe véve, hogy a mentő 2500 Hz frekvenciájú hangokat bocsát ki, határozza meg, hogy milyen frekvenciát fog hallani a férfi.
Elfogadja:
vHANG = 340 m / s
Felbontás
A gyakorlat szerint a mentő közeledik a pihenő férfihoz. Ezért csak a Doppler-effektus képletének legfelső jeleit fogjuk használni, mind a nevezőben, mind a számlálóban. Néz:
Ebben a gyakorlatban, mivel a megfigyelő sebessége nulla, a v-t fogjuk használni0 = 0. Tehát a többi változó cseréjével:
Ezért a mentő közeledése során a megfigyelő magasabb hangot hall, amelynek frekvenciája közel van a 2656 Hz.
Nézis: További gyakorlatok a Doppler-effektusról
Általam. Rafael Helerbrock
