Efekt Dopplera to zjawisko falisty charakteryzuje się zmianą długośćwfala lub z częstotliwość fali emitowanej przez źródło poruszające się względem obserwatora.
Co to jest efekt Dopplera?
To jest zrobioneDopplera jest fizycznym zjawiskiem falowym, które występuje, gdy występuje przybliżenie lub usuwaniekrewny między źródłem fal a obserwatorem. Zjawisko to ma miejsce, ponieważ prędkośćwpropagacjawjedenfala, cokolwiek by to nie było, zależy wyłącznie od środków, którymi ta fala się rozchodzi. Tak więc, nawet jeśli źródło fal lub obserwator się poruszy, prędkość propagacji fali nie zmieni się. Będzie jednak zmiana w długości i częstotliwości fali uchwyconej przez obserwatora.
TEN prędkośćwpropagacja każdej fali, niezależnie od tego, czy jest to fala mechaniczna (dźwięk), czy fala elektromagnetyczna (światło), zachowuje proporcjonalny związek z długością fali i częstotliwością drgań. Zegarek:
v – prędkość propagacji fali (m/s)
λ – długość fali (m)
fa – częstotliwość drgań (Hz lub s-1)
Wyobraź sobie następującą sytuację: karetka z włączoną syreną jedzie ulicą
przeprowadzka obserwatora i zbliżający się od innego obserwatora. Spójrz na obrazek poniżej:
Jak prędkość propagacji fal dźwiękowych To zależytylkozcałkiem (w tym przypadku powietrze), prędkośćkrewny między falami dźwiękowymi a obydwoma obserwatorami będzie taki sam, zarówno w odniesieniu do obserwatora, który odepchnąć ile w stosunku do obserwatora, który podejście źródła fal. W ten sposób, aby prędkość pozostała stały dla obu obserwatorów występują zmiany na długośćwfala (przestrzeń potrzebna do zakończenia oscylacji fali) i w jej częstotliwość. jak te wielkości są odwrotnieproporcjonalny, można powiedzieć, że:
Obserwator, który widzi karetkę przeprowadzka usłyszy dźwięk z większydługośćwfala i mniejszyczęstotliwość, dlatego więcej poważny;
Obserwator, który widzi karetkę zbliżający się usłyszy dźwięk większyczęstotliwość i mniejszydługośćwfala, dlatego więcej ostry.
Zobacz też: Fale dźwiękowe
Powyższy obrazek przedstawia poruszające się źródło fal dźwiękowych i deformację, jakiej doznają emitowane fronty fal dźwiękowych.
Kto odkrył efekt Dopplera?
Efekt Dopplera został w pełni opisany przez austriackiego fizyka JohannchrześcijaninDopplera, w 1842 roku. Eksperymentalny dowód tego efektu został wykonany trzy lata później przez Buys Ballot. W tym celu Ballot przeprowadził ciekawy eksperyment, w którym zespół wyemitował kilka dźwięków na poruszającej się lokomotywie. Tymczasem grupa obserwatorów nagrała nuty zasłyszane zgodnie z wiele różnychprędkości podejście i odjazd z pociągu.
Formuła efektu Dopplera
Ogólny wzór używany do obliczenia zmiany częstotliwości w efekcie Dopplera pokazano poniżej:
fa' – obserwowana częstotliwość (Hz)
fa0 – emitowana częstotliwość (Hz)
v – prędkość fali w środku (m/s)
v0 – prędkość obserwatora (m/s)
vfa– prędkość źródła fal emitujących (m/s)
Aby skorzystać z powyższego wzoru, należy wiedzieć, czy istnieje luka między źródło fal to jest obserwator. Dla tego:
Używamy znak z góry zarówno w liczniku (+), jak iw mianowniku (-), jeśli występuje przybliżenie między źródłem a obserwatorem;
Używamy niski sygnał zarówno w liczniku (-), jak iw liczniku (+), jeśli istnieje usuwanie między źródłem a obserwatorem.
Efekt Dopplera w medycynie
Efekt Dopplera jest wykorzystywany w medycynie w kilku badaniach obrazowych, takich jak echokardiografia. W tym egzaminie badane są właściwości anatomiczne serca w poszukiwaniu nieprawidłowości w jego funkcjonowaniu. W tym celu wykorzystuje się ultradźwiękowe źródło emitujące (dźwięki o częstotliwości wyższej niż 20 000 Hz). Dźwięki te są pochłaniane, załamywane i odbijane przez różne tkanki i przepływ krwi, które w ruchu zachowują się jak wtórne źródło fal odbitych. W ten sposób możliwe jest mapowanie pompowania krwi, obserwacja refluksu krwi itp.
W echokardiografii dopplerowskiej rejestrowane są fale dźwiękowe odbite przez krew w miarę oddalania się od źródła ultradźwięków lub w jego pobliżu.
Popatrzrównież: Diagnostyka według efektu Dopplera
Efekt lekkiego Dopplera
Efekt Dopplera jest również widoczny w falach elektromagnetycznych, takich jak światło. Podobnie jak w przypadku dźwięku, prędkość światła nie zależy od jego obserwatora, a jedynie od ośrodka, w którym się rozchodzi. W związku z tym:
kiedy jest przybliżenie między źródłem fal elektromagnetycznych a obserwatorem ten ostatni zauważy wzrost obserwowanych częstotliwości i spadek długości fali;
kiedy jest usuwanie między źródłem fal elektromagnetycznych a obserwatorem obserwator zauważy spadek obserwowanych częstotliwości i wzrost długości fali.
Zobacz też:Kolor i częstotliwość światła
O To jest zrobioneDoppleradajelekki jest zjawiskiem szeroko obserwowanym w Astronomia. Światło widzialne emitowane przez gwiazdy jest rozprowadzane w wąskim paśmie częstotliwości zwanym widmo widzialne. Kiedy widzimy światło emitowane przez gwiazdy w odległych galaktykach, często obserwujemy wzrost częstotliwości światła, nazywany przez astronomów niebieskie przesunięcie, ponieważ światło widzialne ma tendencję do zbliżania się do częstotliwości koloru niebieskiego. W przypadkach, gdy gwiazdy oddalają się od Ziemi, zjawisko to nazywa się przesunięcie ku czerwieni.
Kiedy gwiazda zbliża się do widza z dużą prędkością, jej jasność wydaje się niebieskać; kiedy się oddalasz, jego blask staje się czerwonawy.
Efekt Dopplera na radarze drogowym
Jednym z zastosowań efektu Dopplera są radary sygnalizacji świetlnej, wykorzystywane do pomiaru prędkości pojazdów samochodowych. Radary te emitują wiązkę światła o częstotliwości w zakresie podczerwieni. Następnie mierzony jest czas potrzebny na powrót wiązki do źródła. jaka jest prędkość światła stały, możliwe jest zmierzenie prędkości, z jaką w każdym momencie porusza się wtórne źródło odbijania światła (pojazd), nawet na duże odległości.
Radary na podczerwień służą do pomiaru chwilowej prędkości pojazdów.
Popatrzrównież: Ekspansja wszechświata
Podsumowanie efektu Dopplera
Efekt Dopplera pojawia się zawsze, gdy występuje podejście lub odjazd między źródłem fal mechanicznych lub elektromagnetycznych a obserwatorem.
W przypadku aproksymacji obserwowana częstotliwość jest większa niż częstotliwość emitowana przez źródło.
W przypadku odległości obserwowana częstotliwość jest mniejsza niż częstotliwość emitowana przez źródło.
Efekt Dopplera - ćwiczenia
Mężczyzna stojący na skraju przejścia dla pieszych obserwuje karetkę zbliżającą się z prędkością 20 m/s. Biorąc pod uwagę, że karetka emituje dźwięki o częstotliwości równej 2500 Hz, ustal, jaką częstotliwość usłyszy człowiek.
Przyjąć:
vDŹWIĘK = 340 m/s
Rozkład
Zgodnie z ćwiczeniem karetka zbliża się do odpoczywającego mężczyzny. Będziemy więc używać tylko górnych znaków wzoru na efekt Dopplera, zarówno w mianowniku, jak iw liczniku. Zegarek:
W tym ćwiczeniu prędkość obserwatora wynosi zero, użyjemy v0 = 0. Tak więc zastępując pozostałe zmienne, musimy:
Dlatego podczas zbliżania się karetki obserwator usłyszy wyższy dźwięk w pobliżu 2656 Hz.
Popatrzrównież: Więcej ćwiczeń z efektu Dopplera
Przeze mnie Rafael Helerbrock
Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-efeito-doppler.htm