Що таке ефект Доплера?

Ефект Доплера - це явище хвилюючий характеризується зміною довжинавхвиля або від частота хвилі, випромінюваної джерелом, яке рухається відносно спостерігача.

Що таке ефект Доплера?

Це зробленоДоплерівський - це фізичне хвильове явище, яке виникає, коли є наближення або видаленнявідносний між джерелом хвилі та спостерігачем. Це явище відбувається тому, що швидкістьврозмноженняводинхвиля, яким би воно не було, залежить виключно від засобів, за допомогою яких ця хвиля поширюється. Таким чином, навіть якщо джерело хвиль або спостерігач рухається, швидкість поширення хвилі не зміниться. Однак будуть змінюватися довжина хвилі та частота хвилі, захопленої спостерігачем.

THE швидкістьврозмноження будь-якої хвилі, будь то механічна хвиля (звук) або електромагнітна хвиля (світло), вона зберігає пропорційне співвідношення з довжиною хвилі та частотою коливань. Дивитися:

v - швидкість поширення хвилі (м / с)
λ - довжина хвилі (м)
f - частота коливань (Гц або с^-1)

Уявіть собі таку ситуацію: швидка допомога із сиреною їде вулицею

instagram story viewer

віддаляючись спостерігача і наближається від іншого спостерігача. Подивіться на зображення нижче:

Як змінюється швидкість поширення звукових хвиль Це залежитьлишезцілком (в даному випадку повітря), швидкістьвідносний між звуковими хвилями та обома спостерігачами буде те саме, як по відношенню до спостерігача, який відштовхнути скільки по відношенню до спостерігача, який підхід джерела хвиль. Таким чином, щоб швидкість залишалася постійний для обох спостерігачів зміни біля довжинавхвиля (простір, необхідний хвилі для завершення коливання) і в її частота. як ці величини оберненопропорційний, можна сказати, що:

Спостерігач, який бачить швидку допомогу віддаляючись почує звук з більшийдовжинавхвиля і меншийчастота, отже, більше серйозний;
Спостерігач, який бачить швидку допомогу наближається почує звук більшийчастота і меншийдовжинавхвиля, отже, більше гострий.

Дивіться також: Звукові хвилі

На зображенні вище показано джерело звукових хвиль, що рухаються, і деформація, яку зазнають випромінювані звукові фронти.

Хто відкрив ефект Доплера?

Ефект Доплера був повністю описаний австрійським фізиком ЙоганнХристиянськийДоплерівський, в 1842 році. Експериментальне підтвердження цього ефекту було зроблено через три роки Buys Ballot. Для цього Баллот здійснив цікавий експеримент, у якому група випустила кілька музичних нот поверх рухомого локомотива. Тим часом група спостерігачів записала ноти, почуті відповідно до багато різнихшвидкості наближення та відправлення з поїзда.

Формула ефекту Доплера

Загальна формула, яка використовується для розрахунку зміни частоти ефекту Доплера, наведена нижче:

f ' - спостережувана частота (Гц)
f₀ - випромінювана частота (Гц)
v - швидкість хвилі в середині (м / с)
v₀ - швидкість спостерігача (м / с)
v_F- швидкість джерела випромінюючої хвилі (м / с)

Для того, щоб використовувати формулу, показану вище, необхідно знати, чи існує проміжок між джерело хвилі це спостерігач. Для цього:

Ми використовуємо знак зверху як у чисельнику (+), так і в знаменнику (-), якщо вони є наближення між джерелом та спостерігачем;
Ми використовуємо низький сигнал як у числівнику (-), так і в числівнику (+), якщо такий є видалення між джерелом та спостерігачем.

Доплерівський ефект у медицині

Ефект Доплера використовується в медицині в декількох візуалізаційних тестах, таких як ехокардіографія. У цьому іспиті анатомічні властивості серця вивчаються в пошуках відхилень у його функціонуванні. Для цього використовується ультразвукове джерело випромінювання (звуки з частотою вище 20000 Гц). Ці звуки поглинаються, заломлюються і відбиваються різними тканинами та кровотоком, які поводяться як вторинне джерело відбитих хвиль у русі. Таким чином, можна скласти карту перекачування крові, спостерігати рефлюкс крові тощо.

На допплерівській ехокардіографії фіксуються звукові хвилі, відбиті кров’ю, коли вона віддаляється від джерела ультразвуку або поблизу нього.

Дивисьтакож: Діагностика за допомогою ефекту Доплера

Ефект світлового доплера

Ефект Доплера спостерігається також в електромагнітних хвилях, таких як світло. Як і у випадку зі звуком, швидкість світла не залежить від його спостерігача, а лише від середовища, в якому він поширюється. Тому:

коли є наближення між джерелом електромагнітних хвиль і спостерігачем останній помітить збільшення спостережуваних частот і зменшення довжини хвилі;
коли є видалення між джерелом електромагнітних хвиль і спостерігачем спостерігач помітить зменшення спостережуваних частот і збільшення довжини хвилі.

Дивіться також:Колір і частота світла

О Це зробленоДоплерівськийдаєсвітло - явище, яке широко спостерігається в Росії Астрономія. Видиме світло, яке випромінюють зірки, розподіляється у вузькій смузі частот, яка називається видимий спектр. Коли ми бачимо світло, яке випромінюють зірки в далеких галактиках, ми часто спостерігаємо збільшення частоти світла, яке астрономи називають синя зміна, оскільки видиме світло має тенденцію наближатися до частоти синього кольору. У тих випадках, коли зірки віддаляються від Землі, явище називається червоний-зсув.

Коли зірка наближається до глядача з високою швидкістю, її яскравість стає блакитною; при віддаленні його світіння стає червонуватим.

Доплерівський ефект на дорожній радар

Одним із застосувань ефекту Доплера є світлофорні радари, що використовуються для вимірювання швидкості руху автомобільних транспортних засобів. Ці радари випромінюють промінь світла, частота якого знаходиться в інфрачервоному діапазоні. Потім вимірюється час, необхідний для повернення пучка до джерела. як швидкість світла постійний, можна виміряти швидкість, з якою вторинний світловідбивний джерело (транспортний засіб) рухається щомиті, навіть на великій відстані.

Інфрачервоні радари використовуються для вимірювання миттєвої швидкості руху транспортних засобів.

Дивисьтакож: Розширення Всесвіту

Підсумок ефекту Доплера

Ефект Доплера з’являється щоразу, коли є наближення або виїзду між джерелом механічних або електромагнітних хвиль і спостерігачем.
У випадку апроксимації спостережувана частота перевищує частоту, випромінювану джерелом.
У випадку відстані спостережувана частота є нижчою від частоти, яку випромінює джерело.

Ефект Доплера - вправи

Чоловік, що стоїть на краю пішохідного переходу, спостерігає за швидкою допомогою, яка наближається зі швидкістю 20 м / с. Враховуючи, що швидка допомога видає звуки з частотою, що дорівнює 2500 Гц, визначте, яку частоту буде чути чоловік.

Прийняти:

v_ЗВУК = 340 м / с

Дозвіл

Згідно з вправою, швидка допомога наближається до чоловіка, який перебуває у стані спокою. Тому ми будемо використовувати лише верхні ознаки формули ефекту Доплера, як у знаменнику, так і в чисельнику. Дивитися: