Dopplerov jav je a fenomén vlnitý charakterizovaná zmenou dĺžkavmávať alebo z frekvencia vlny emitovanej zdrojom, ktorý sa pohybuje vo vzťahu k pozorovateľovi.
Čo je Dopplerov jav?
Je vyrobenýDoppler je to jav fyzikálnej vlny, ktorý nastane, keď existuje aproximácia alebo odstráneniepríbuzný medzi zdrojom vĺn a pozorovateľom. Tento jav sa deje, pretože rýchlosťvrozmnožovanievjedenmávať, nech už je to čokoľvek, závisí výlučne od prostriedkov, ktorými sa táto vlna šíri. Takže aj keď sa zdroj vĺn alebo pozorovateľ pohne, rýchlosť šírenia vlny sa nezmení. Avšak bude existovať variácia vlnovej dĺžky a frekvencie vlny zachytenej pozorovateľom.
THE rýchlosťvrozmnožovanie akejkoľvek vlny, či už je to mechanická vlna (zvuk) alebo elektromagnetická vlna (svetlo), zachováva proporcionálny vzťah so svojou vlnovou dĺžkou a oscilačnou frekvenciou. Pozerať:
v - rýchlosť šírenia vĺn (m / s)
λ - vlnová dĺžka (m)
f - oscilačná frekvencia (Hz alebo s-1)
Predstavte si nasledujúcu situáciu: sanitka so zapnutou sirénou cestuje po ulici
odsťahovať sa pozorovateľa a blíži sa od iného pozorovateľa. Pozrite sa na obrázok nižšie:
Ako sa rýchlosť šírenia zvukových vĺn Záležíibazcelkom (v tomto prípade vzduch), rýchlosťpríbuzný medzi zvukovými vlnami a oboma pozorovateľmi bude rovnaký, a to vo vzťahu k pozorovateľovi, ktorý odstrčiť koľko vo vzťahu k pozorovateľovi, ktorý prístup zdroja vĺn. Týmto spôsobom zostane rýchlosť konštantný pre oboch pozorovateľov zmeny na dĺžkavmávať (priestor potrebný na to, aby vlna dokončila osciláciu) a v nej frekvencia. aké sú tieto veličiny inverzneproporcionálny, dá sa povedať, že:
Pozorovateľ, ktorý vidí sanitku odsťahovať sa bude počuť zvuk s väčšiedĺžkavmávať a menšiefrekvencia, teda viac vážne;
Pozorovateľ, ktorý vidí sanitku blíži sa bude počuť zvuk z väčšiefrekvencia a menšiedĺžkavmávať, teda viac akútna.
Pozri tiež: Zvukové vlny
Obrázok hore ukazuje zdroj zvukových vĺn, ktoré sa pohybujú, a deformáciu, ktorú utrpia emitované zvukové vlny.
Kto objavil Dopplerov jav?
Dopplerov jav bol úplne opísaný rakúskym fyzikom JohannChristianDoppler, v roku 1842. Experimentálny dôkaz tohto účinku urobil o tri roky neskôr Buys Ballot. Za týmto účelom Ballot uskutočnil kuriózny experiment, pri ktorom skupina vydávala niekoľko hudobných nôt na pohybujúci sa rušeň. Medzitým skupina pozorovateľov zaznamenala poznámky počuté podľa veľa rôznychrýchlosti priblíženie a odchod z vlaku.
Vzorec Dopplerovho efektu
Všeobecný vzorec použitý na výpočet zmeny frekvencie v Dopplerovom efekte je uvedený nižšie:
f ' - pozorovaná frekvencia (Hz)
f0 - emitovaná frekvencia (Hz)
v - rýchlosť vlny v strede (m / s)
v0 - rýchlosť pozorovateľa (m / s)
vF- rýchlosť zdroja emitujúcich vĺn (m / s)
Aby bolo možné použiť vzorec uvedený vyššie, je potrebné vedieť, či existuje medzera medzi zdroj vĺn to je pozorovateľ. Pre to:
Používame podpísať zhora aj v čitateli (+), aj v menovateli (-), ak existuje aproximácia medzi zdrojom a pozorovateľom;
Používame slabý signál v čitateli (-) aj v čitateli (+), ak existuje odstránenie medzi zdrojom a pozorovateľom.
Dopplerov efekt v medicíne
Dopplerov jav sa v medicíne využíva pri viacerých zobrazovacích testoch, napríklad pri echokardiografii. Pri tejto skúške sa študujú anatomické vlastnosti srdca pri hľadaní abnormalít jeho fungovania. Na tento účel sa používa zdroj emitujúci ultrazvuk (zvuky s frekvenciou vyššou ako 20 000 Hz). Tieto zvuky sú absorbované, lámané a odrážané rôznymi tkanivami a prietokom krvi, ktoré sa správajú ako sekundárny zdroj odrazených vĺn v pohybe. Týmto spôsobom je možné zmapovať čerpanie krvi, pozorovať reflux krvi atď.
Pri dopplerovskej echokardiografii sú zachytené zvukové vlny odrážané krvou pri jej pohybe od zdroja ultrazvuku alebo v jeho blízkosti.
Pozritiež: Diagnostika pomocou Dopplerovho efektu
Svetelný Dopplerov efekt
Dopplerov jav je vidieť aj na elektromagnetických vlnách, ako je svetlo. Rovnako ako v prípade zvuku, rýchlosť svetla nezávisí od jeho pozorovateľa, iba od média, v ktorom sa šíri. Preto:
keď je aproximácia medzi zdrojom elektromagnetických vĺn a pozorovateľom si pozorovateľ všimne zvýšenie pozorovaných frekvencií a pokles vlnovej dĺžky;
keď je odstránenie medzi zdrojom elektromagnetických vĺn a pozorovateľom pozorovateľ zaznamená pokles pozorovaných frekvencií a nárast vlnovej dĺžky.
Pozri tiež:Farba a frekvencia svetla
O Je vyrobenýDopplerdávasvetlo je jav bežne pozorovaný v roku 2006 Astronómia. Viditeľné svetlo vyžarované hviezdami je distribuované v úzkom frekvenčnom pásme tzv viditeľné spektrum. Keď vidíme svetlo vyžarované hviezdami vo vzdialených galaxiách, často pozorujeme nárast frekvencie svetla, ktorú astronómovia nazývajú modrá smena, pretože viditeľné svetlo má tendenciu približovať sa k frekvencii modrej farby. V prípadoch, keď sa hviezdy vzďaľujú od Zeme, sa tento jav nazýva červená smena.
Keď sa hviezda priblíži k divákovi vysokou rýchlosťou, jej jas sa zdá byť modrastý; keď sa vzdialite, jeho žiara sa zmení na červenkastú.
Dopplerov jav na dopravnom radare
Jednou z aplikácií Dopplerovho javu sú semaforové radary používané na meranie rýchlosti automobilových vozidiel. Tieto radary vyžarujú lúč svetla, ktorého frekvencia je v infračervenom rozsahu. Potom sa zmeria čas potrebný na návrat lúča k zdroju. aká je rýchlosť svetla konštantný, je možné merať rýchlosť, akou sa sekundárny zdroj odrážajúci svetlo (vozidlo) pohybuje v každom okamihu, a to aj na veľké vzdialenosti.
Infračervené radary sa používajú na meranie okamžitej rýchlosti vozidiel.
Pozritiež: Rozpínanie vesmíru
Zhrnutie Dopplerovho efektu
Dopplerov jav sa objaví vždy, keď existuje priblíženie alebo odchod medzi zdrojom mechanických alebo elektromagnetických vĺn a pozorovateľom.
V prípade aproximácie je pozorovaná frekvencia vyššia ako frekvencia emitovaná zdrojom.
V prípade vzdialenosti je pozorovaná frekvencia nižšia ako frekvencia emitovaná zdrojom.
Dopplerov efekt - cvičenia
Muž stojaci na okraji priechodu pre chodcov sleduje sanitku, ktorá sa blíži rýchlosťou 20 m / s. Vzhľadom na to, že sanitka vydáva zvuky s frekvenciou 2 500 Hz, určite, akú frekvenciu bude muž počuť.
Prijať:
vZVUK = 340 m / s
Rozhodnutie
Podľa cvičenia sa sanitka blíži k mužovi, ktorý je v pokoji. Preto v menovateli aj v čitateli použijeme iba najvyššie znaky vzorca Dopplerovho efektu. Pozerať:
V tomto cvičení je rýchlosť pozorovateľa rovnaká nulový, použijeme v0 = 0. Takže, nahradením ostatných premenných musíme:
Preto bude počas prístupu sanitky pozorovateľ počuť vyšší zvuk v blízkosti 2656 Hz.
Pozritiež: Viac cvikov na Dopplerov efekt
Podľa mňa.Rafael Helerbrock
Zdroj: Brazílska škola - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-efeito-doppler.htm
