Doplera efekts ir a parādība nemierīgs ko raksturo izmaiņas garumsiekšāvilnis vai no biežums viļņa izstaro avots, kas pārvietojas attiecībā pret novērotāju.
Kas ir Doplera efekts?
Tas ir izgatavotsDoplers ir fiziska viļņa parādība, kas rodas, ja ir tuvināšana vai noņemšanaradinieks starp viļņu avotu un novērotāju. Šī parādība notiek tāpēc, ka ātrumsiekšāpavairošanaiekšāviensvilnisneatkarīgi no tā, kāds tas var būt, atkarīgs tikai no līdzekļiem, ar kuriem šis vilnis izplatās. Tādējādi, pat ja viļņu avots vai novērotājs pārvietojas, viļņa izplatīšanās ātrums nemainīsies. Tomēr novērotāja uztvertā viļņa garumā un biežumā būs atšķirības.
ātrumsiekšāpavairošana jebkura viļņa, vai tas būtu mehāniskais vilnis (skaņa) vai elektromagnētiskais vilnis (gaisma), tas saglabā proporcionālu attiecību ar viļņa garumu un svārstību frekvenci. Skatīties:
v - viļņu izplatīšanās ātrums (m / s)
λ - viļņa garums (m)
f - svārstību frekvence (Hz vai s-1)
Iedomājieties šādu situāciju: pa ielu dodas ātrā palīdzība ar ieslēgtu sirēnu attālinoties novērotāja un tuvojas no cita novērotāja. Apskatiet attēlu zemāk:
Kā skaņas viļņu izplatīšanās ātrums Tas ir atkarīgs notikaigadadiezgan (šajā gadījumā gaiss), ātrumsradinieks starp skaņas viļņiem un abiem novērotājiem būs tas pats, gan attiecībā uz novērotāju, kurš izstumt cik daudz attiecībā pret novērotāju kurš pieeja no viļņu avota. Tādā veidā, lai saglabātu ātrumu nemainīgs abiem novērotājiem izmaiņas pie garumsiekšāvilnis (telpa, kas nepieciešama viļņa svārstību pabeigšanai) un tajā biežums. cik šie lielumi ir apgrieztiproporcionāls, var teikt, ka:
Novērotājs, kurš ierauga ātro palīdzību attālinoties dzirdēs skaņu ar lielāksgarumsiekšāvilnis un mazāksbiežums, tāpēc vairāk nopietns;
Novērotājs, kurš ierauga ātro palīdzību tuvojas dzirdēs skaņu lielāksbiežums un mazāksgarumsiekšāvilnis, tāpēc vairāk akūta.
Skatīt arī: Skaņas viļņi
Iepriekš redzamajā attēlā redzams, kā kustas skaņas viļņi un deformācija, ko cieta izstarotās skaņas viļņu frontes.
Kas atklāja Doplera efektu?
Doplera efektu pilnībā aprakstīja austriešu fiziķis JohanskristietisDoplers, 1842. gadā. Eksperimentāli pierādīja šo efektu trīs gadus vēlāk Buys Ballot. Par to Ballots veica kuriozu eksperimentu, kurā grupa kustīgas lokomotīves augšpusē izdeva vairākas mūzikas notis. Tikmēr novērotāju kopa ierakstīja piezīmes, kas dzirdētas saskaņā ar daudz dažāduātrumi pieeja un iziešana no vilciena.
Doplera efekta formula
Vispārīgā formula, ko izmanto, lai aprēķinātu Doplera efekta biežuma izmaiņas, ir parādīta zemāk:
f ' - novērotā frekvence (Hz)
f0 - izstarotā frekvence (Hz)
v - viļņu ātrums pa vidu (m / s)
v0 - novērotāja ātrums (m / s)
vF- izstarojošā viļņa avota ātrums (m / s)
Lai izmantotu iepriekš parādīto formulu, jāzina, vai starp viļņu avots tas ir novērotājs. Priekš šī:
Mēs izmantojam zīme no augšas gan skaitītājā (+), gan saucējā (-), ja tāds ir tuvināšana starp avotu un novērotāju;
Mēs izmantojam zems signāls gan skaitītājā (-), gan skaitītājā (+), ja tāds ir noņemšana starp avotu un novērotāju.
Doplera efekts medicīnā
Doplera efektu medicīnā izmanto vairākos attēlveidošanas testos, piemēram, ehokardiogrāfijā. Šajā eksāmenā tiek pētītas sirds anatomiskās īpašības, meklējot anomālijas tās darbībā. Šim nolūkam tiek izmantots ultraskaņas izstarojošais avots (skaņas, kuru frekvence pārsniedz 20 000 Hz). Šīs skaņas absorbē, lauž un atspoguļo dažādi audi un asins plūsma, kas uzvedas kā sekundārs atstaroto viļņu avots kustībā. Tādā veidā ir iespējams kartēt asins sūknēšanu, novērot asins refluksu utt.
Nepārtrauciet tūlīt... Pēc reklāmas ir vairāk;)
Doplera ehokardiogrāfijā tiek uztverti skaņas viļņi, ko asinis atstaro, virzoties prom no ultraskaņas avota vai tā tuvumā.
Skatiesarī: Diagnostika ar Doplera efektu
Gaismas Doplera efekts
Doplera efekts ir redzams arī tādos elektromagnētiskos viļņos kā gaisma. Tāpat kā skaņas gadījumā, gaismas ātrums nav atkarīgs no tā novērotāja, tikai no vides, kurā tas izplatās. Tādēļ:
kad ir tuvināšana starp elektromagnētisko viļņu avotu un novērotāju pēdējais pamanīs novēroto frekvenču pieaugumu un viļņa garuma samazināšanos;
kad ir noņemšana starp elektromagnētisko viļņu avotu un novērotāju novērotājs pamanīs novēroto frekvenču samazināšanos un viļņa garuma palielināšanos.
Skatīt arī:Gaismas krāsa un biežums
O Tas ir izgatavotsDoplersdodgaisma ir plaši novērojama parādība Astronomija. Zvaigžņu izstarotā redzamā gaisma tiek sadalīta šaurā frekvenču joslā, ko sauc redzamais spektrs. Redzot zvaigžņu izstaroto gaismu tālās galaktikās, mēs bieži novērojam gaismas frekvences pieaugumu, ko astronomi sauc par zilā maiņa, tā kā redzamajai gaismai ir tendence tuvoties zilās krāsas biežumam. Gadījumos, kad zvaigznes attālinās no Zemes, fenomenu sauc sarkanā maiņa.
Kad zvaigzne tuvojas skatītājam lielā ātrumā, šķiet, ka tās spilgtums kļūst zilgans; attālinoties, tā mirdzums kļūst sarkanīgs.
Doplera efekts uz satiksmes radaru
Viens no Doplera efekta pielietojumiem ir luksoforu radaros, ko izmanto automobiļu ātruma mērīšanai. Šie radari izstaro gaismas staru, kura frekvence ir infrasarkanajā diapazonā. Pēc tam tiek mērīts laiks, kas nepieciešams, lai stars atgrieztos avotā. cik gaismas ātrums ir nemainīgs, ir iespējams izmērīt ātrumu, ar kādu katru brīdi pārvietojas sekundārais gaismu atstarojošais avots (transportlīdzeklis), pat lielos attālumos.
Infrasarkano staru radarus izmanto, lai mērītu transportlīdzekļu momentāno ātrumu.
Skatiesarī: Visuma paplašināšanās
Doplera efekta kopsavilkums
Doplera efekts parādās vienmēr, kad tāds ir pieeja vai aiziešana starp mehānisko vai elektromagnētisko viļņu avotu un novērotāju.
Aproksimācijas gadījumā novērotā frekvence ir lielāka nekā avota izstarotā frekvence.
Attāluma gadījumā novērotā frekvence ir zemāka par avota izstaroto frekvenci.
Doplera efekts - vingrinājumi
Vīrietis, kas stāv uz gājēju pārejas malas, vēro ātrās palīdzības automašīnu, kas tuvojas ar ātrumu 20 m / s. Ņemot vērā, ka ātrā palīdzība izstaro skaņas, kuru frekvence ir vienāda ar 2500 Hz, nosakiet, kādu frekvenci vīrietis dzirdēs.
Pieņemt:
vSKAŅA = 340 m / s
Izšķirtspēja
Saskaņā ar vingrinājumu ātrā palīdzība tuvojas atpūtai stāvošajam vīrietim. Tāpēc mēs lietosim tikai Doplera efekta formulas augšējās zīmes gan saucējā, gan skaitītājā. Skatīties:
Šajā vingrinājumā, kā novērotāja ātrums ir nulle, mēs izmantosim v0 = 0. Tātad, aizstājot pārējos mainīgos, mums:
Tāpēc ātrās palīdzības pieejas laikā novērotājs dzirdēs augstāku skaņu ar frekvenci, kas ir tuvu 2656 Hz.
Skatiesarī: Vairāk vingrinājumu par Doplera efektu
Autors: Rafaels Helerbroks
