Ефект доплера биття рівняння хвилі. Ефект доплера для електромагнітних хвиль

Реєстрованих приймачем, викликане рухом їхнього джерела та/або рухом приймача. Його легко спостерігати на практиці, коли повз спостерігач проїжджає машина з включеною сиреною. Припустимо, сирена видає певний тон, і він не змінюється. Коли машина не рухається щодо спостерігача, він чує саме той тон, який видає сирена. Але якщо машина наближатиметься до спостерігача, то частота звукових хвиль збільшиться (а довжина зменшиться), і спостерігач почує вищий тон, ніж насправді видає сирена. У той момент, коли машина проїжджатиме повз спостерігача, той почує той самий тон, який насправді видає сирена. А коли машина проїде далі і вже віддалятиметься, а не наближатиметься, то спостерігач почує нижчий тон, внаслідок меншої частоти (і, відповідно, більшої довжини) звукових хвиль.

Для хвиль, що розповсюджуються в будь-якому середовищі (наприклад, звуку) потрібно брати до уваги рух як джерела так і приймача хвиль щодо цього середовища. Для електромагнітних хвиль (наприклад, світла), для поширення яких не потрібне ніяке середовище, має значення лише відносний рух джерела та приймача.

Також важливим є випадок, коли в середовищі рухається заряджена частка з релятивістською швидкістю. В цьому випадку в лабораторній системі реєструється черенківське випромінювання, що має безпосереднє відношення до ефекту Доплера.

де f 0 - частота, з якої джерело випромінює хвилі, c- швидкість поширення хвиль у середовищі, v- Швидкість джерела хвиль щодо середовища (позитивна, якщо джерело наближається до приймача і негативна, якщо видаляється).

Частота, реєстрована нерухомим приймачем

u- швидкість приймача щодо середовища (позитивна, якщо він рухається у напрямку джерела).

Підставивши значення частоти з формули (1) до формули (2), отримаємо формулу для загального випадку.

де з- швидкість світла, v- відносна швидкість приймача та джерела (позитивна у разі їх видалення один від одного).

Як спостерігати ефект Доплера

Оскільки явище притаманно будь-яких коливальних процесів, його дуже легко спостерігати для звуку. Частота звукових коливань сприймається на слух як висота звуку. Треба дочекатися ситуації, коли автомобіль, що швидко рухається, проїжджатиме повз вас, видаючи звук, наприклад, сирену або просто звуковий сигнал. Ви почуєте, що коли автомобіль буде наближатися до вас, висота звуку буде вищою, потім, коли автомобіль зрівняється з вами, різко знизиться і далі, при видаленні, автомобіль сигналить на більш низькій ноті.

Застосування

Доплерівський радар

Посилання

• Застосування ефекту Доплера для вимірювання течій в океані

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитись що таке "Доплерівське зміщення" в інших словниках:

доплерівське зміщення- Doplerio poslinkis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Doppler displacement; Doppler shift vok. Doppler Verschiebung, f rus. доплерівський зсув, m; доплерівське усунення, n pranc. déplacement Doppler, m; déviation Doppler, f … Fizikos terminų žodynas

доплерівське зміщення частоти- Doplerio dažnio poslinkis statusas T sritis radioelectronika atitikmenys: angl. Doppler frequency displacement; Doppler frequency shift vok. Doppler Frequenzverschiebung, f rus. доплерівський зсув частоти, m; доплерівське зміщення частоти, n… … Radioelektronikos terminų žodynas

Червоне зміщення зсув спектральних ліній хімічних елементів у червону (довгохвильову) сторону. Це може бути вираженням ефекту Доплера чи гравітаційного червоного усунення, чи його комбінацією. Зсув спектру … Вікіпедія

Збільшення довжин хвиль (l) ліній ел. магн. спектр джерела (зміщення ліній у бік червоної частини спектра) порівняно з лініями еталонних спектрів. Кількісно К. с. характеризується величиною z = (lприн lісп) / lісп, де lісп і lприн ... Фізична енциклопедія

Гравітаційне синє зміщення кванта (фотона) або іншої елементарної частинки (такий як електрон, або протон) при її падінні в гравітаційне поле (що створюється жовтою зіркою в нижній частині … Вікіпедія

Зниження частот електромагнітного випромінювання, один із проявів Доплера ефекту. Назва «К. с.» пов'язано з тим, що у видимій частині спектра внаслідок цього явища лінії виявляються зміщеними до його червоного кінця; с. спостерігається… … Велика Радянська Енциклопедія

Зміна частоти коливань w або довжини хвилі l, що сприймається спостерігачем, при русі джерела коливань та спостерігача щодо один одного. Виникнення Д. е. найпростіше пояснити на слід. прикладі. Нехай нерухоме джерело випускає … Фізична енциклопедія

Теорії відносності утворюють значну частину теоретичного базису сучасної фізики. Існують дві основні теорії: приватна (спеціальна) та загальна. Обидві були створені А. Ейнштейном, приватна у 1905, загальна у 1915. У сучасній фізиці приватна. Енциклопедія Кольєра

Розділ астрономії, що вивчає космічні об'єкти шляхом аналізу радіовипромінювання, що надходить від них. Багато космічних тіл випромінюють радіохвилі, що досягають Землі: це, зокрема, зовнішні шари Сонця та атмосфер планет, хмари міжзоряного газу. Енциклопедія Кольєра

Гарячі небесні тіла, що світяться, подібні до Сонця. Зірки розрізняються за розміром, температурою та яскравістю. За багатьма параметрами Сонце типова зірка, хоча здається набагато яскравішою і більшою за решту зірок, оскільки розташовано набагато ближче до… Енциклопедія Кольєра

Юшкевич Р.С., Дегтярьова Є.Р.

У статті дається висновок формул до ефекту Доплера без використання закону складання швидкостей, але з використанням принципу сталості швидкості світла лише щодо джерела світла. Визначено просторову межу можливості прийому електромагнітних хвиль. Розглянуто залежність швидкості світла від відстані. Визначено коефіцієнт для обчислення швидкості світла.

Для пояснення ефекту припускаємо, що світло, що йде від джерела світла, пов'язане з джерелом і поширюється від нього зі швидкістю с = 3 · 10 8 м/сщодо джерела. Для приймача швидкість світла щодо джерела складатиметься зі швидкістю джерела v.

Щоб визначити залежність частоти світла ν від швидкості v, розглянемо поширення світла від двох джерел, одне з яких Ѕ рухається у напрямку від приймача зі швидкістю v, а інший S 0 спочиває.

Рис. 1.

Однакові джерела випромінюють світло однакової частоти ν 0 . Світло щодо джерел поширюється з однаковою швидкістю зтому і довжина випромінюваної хвилі λ 0 буде однакова. До приймача від джерела, що рухається, світло підійде зі швидкістю с-vта довжина хвилі λ 0 буде прийнята за час Т =(період), а від джерела, що покоїться - за час Т 0 =. Періоди є величини обернені до частот коливань і . Підставимо значення Ті Т 0в отримані рівності

розділивши їх почленно, отримуємо

,

отримуємо [с. 181].

(1)

У випадку, коли джерело та приймач зближуються, треба знак vзамінити на протилежний, отримаємо . Відмітимо, що с-vі c- це швидкості світла відповідно щодо приймача та джерела світла.

Тепер розглянемо випадок, коли джерело світла рухається перпендикулярно напрямку приймач. Враховуючи, що світло пов'язане з джерелом, поширюється щодо нього зі швидкістю зі зноситься з ним зі швидкістю vщоб він потрапив на приймач його треба направити під деяким кутом α так що sinα=. В цьому випадку складова швидкості світла, що збігається з направленням на приймач Абуде , складова v на цей напрямок дорівнює 0. Щоб не повторювати попередні міркування, скористаємося формулою (1), с-vзамінимо на , а швидкість щодо джерела залишиться незмінною. В результаті отримуємо:

що відповідає результату, отриманому у дослідах Айвса [с. 181].

Рис. 2.

При переході світла від джерела до приймача змінюється його частота ν 0 до ν. З формули с=λνслід, що має змінюватися і довжина хвилі. Якщо від джерела світла йшла хвиля завдовжки λ 0 , то приймач отримає її інший, допустимо λ . Отримати значення λ можна, скориставшись тим, що λ і ν величини обернено пропорційні . Підставивши значення ν із формули (1), отримаємо

Для більшої впевненості отримаємо цю формулу в інший спосіб.

Будь-який приймач світла може бути і випромінювачем, отже, він має таке ж світлонесуче середовище, як і джерело, і світло в ньому поширюється зі швидкістю з. Світло, переходячи з середовища джерела в приймальне середовище, отримує швидкість зщодо приймача.

Хвиля завдовжки λ 0 від джерела до межі розділу середовищ джерела та приймача підходить зі швидкістю з -vі кордон пройде за час C самого початку входу хвилі у сферу середовища приймача її початок набуває швидкості з відносно приєніка і за час Т пройде шлях λ = сТ.Підставивши значення Т, отримуємо:

Рис. 3.

У першій половині ХХ ст. американський вчений Хаббл у спектрах далеких зірок виявив усунення спектральних ліній у бік червоної частини спектра порівняно з лабораторними спектрами – «червоне усунення». Це означало, що довжина хвилі λ більша, ніж λ 0 і чим далі зірка, тим більше «червоне зміщення».

У формулу (2) входять чотири величини λ, λ 0 , сі v. До часу відкриття «червоного зміщення» швидкість світла з постулатом Ейнштейна була закріплена постійною щодо будь-якої системи відліку, отже, і λ 0 , пов'язана зі швидкістю світла з джерелом випромінювання, виявилася постійною. У формулі (2) змінна величина λ , виявилася пов'язаною зі швидкістю джерела v. Збільшення λ викликає і збільшення v.

«Червоне усунення» спостерігається у зірок, розташованим у всіх напрямках, тому було визнано факт розширення Всесвіту.

В астрономії зв'язок між λ і vвизначається іншою формулою

(3)

для джерела випромінювання, що віддаляється.

Для одного і того ж явища і тих самих величин двома формулами встановлюється різна залежність! Щоб розібратися з цим, порівняємо результати, які дають ці формули за різних v. Обмежень значення швидкості vформули не вимагають. Для зручності довжини хвиль позначимо λ 3і λ 2відповідно до позначення формул (3) і ( 2 ), до яких вони входять. При v=0 :

При 0< v< с порівняємо розподілом:

Якщо v«з, то й λ 3 ≈ λ 2 .За цих двох умов результати практично не суперечать один одному.

При v = с; λ 2 перетворюється на нескінченність, при цьому формула (1) дає . Виходить, що світлова хвиля від джерела до приймача не потрапляє, вона зі швидкістю звід джерела рухатиметься до приймача і разом із джерелом з такою ж швидкістю йтиме від нього с - с = 0.

Третє порівняння вимагає зробити висновок, яка формула правильно відображає дійсність. Походження формули (2) розглянуто на початку статті. Тепер розглянемо, як виходить формула (3).

Рис. 4.

Уявимо, що джерело світла оточене середовищем, в якому світло поширюється до приймача зі швидкістю з. Джерело світла у точці Апочав випромінювати хвилю. Час випромінювання однієї хвилі позначимо Т(Період). З моменту появи початку хвилі воно починає переміщатися до приймача у навколишньому середовищі зі швидкістю зі за час Твідійде від точки Ана відстань сТ. Але за цей час джерело, рухаючись від приймача опиниться в точці З, пройшовши відстань АС =vТде і виявиться кінець хвилі. Відстань від Здо В і буде довжиною хвилі λ = сТ +vТ = (з +v)Т

Якщо джерело не рухається, то v = 0 і довжина хвилі буде λ 0 = СТ.Розділивши λ на 0, отримаємо:

На початку статті ми розглянули середовище, яке забезпечує швидкість світла, вона або пов'язана з джерелом, або з приймачем світла. Перша - дає формули (1) та (2). Імовірність того, що друга від далеко розташованого приймача світла на швидкість світла більше впливала, ніж середовище джерела світла, мізерно мала. Залишається середовище, не пов'язане ні з джерелом ні з приймачем світла, яке діє подібно до повітря (речовини) на поширення звуку. Але негативний результат дослідів Майкельсона щодо виявлення «ефірного вітру» довів, що такого середовища у природі немає. Залишається віддати перевагу формулі (2). Раніше зазначалося, що при видаленні джерела світла зі швидкістю v = хвиля не досягне приймача, і сигнал не буде отриманий.

Хабл ввів закон, що носить його ім'я [с. 120]

v= НD,

де v – швидкість видалення джерела світла, D – відстань між джерелом та приймачем, Н – коефіцієнт пропорційності, званої постійної Хабла.

.

1 Мпк = 106 пк; 1пк (парсек) = 3,26 світлового року = 3 . 10 13 км.

Знайдемо відстань, при якій v = с: ;

D- це радіус сфери, що обмежує прийом прямого електромагнітного випромінювання із просторів Всесвіту. З прилеглих до цієї сфери зон у внутрішній її частині електромагнітні випромінювання можуть надходити лише у вигляді радіохвиль. У природі немає будь-якого пріоритетного напрями у розподілу зірок, тому радіовипромінювання має надходити з усіх боків рівномірно.

Розглянемо варіант, коли v>с.У цьому випадку формули (1) та (2) дають: та .

Це означає, що хвиля повинна приходити з протилежного напрямку, де знаходиться випромінювач.

При v= 2смаємо

.

Хвиля прийде без «червоного усунення». Визначена у статті межа можливого прийому електромагнітного випромінювання буде правильною, якщо вірний закон Хаббла і «червоне усунення» викликано виключно видаленням випромінювача. Якщо ж виявляться інші чинники, що зменшують швидкість світла щодо приймача (а можуть бути), то межа прийому хвиль може бути наближена.

Звернемося тепер до формул (1) і (2). У них c-vє швидкість світла щодо приймача, позначимо її з 1 = с-vзвідки v=c-c 1.У формулах vпредставляє різницю швидкостей світла незалежно від природи її виникнення. Вважають, що це результат видалення джерела світла. Але ця різниця швидкостей може виникнути за рахунок зменшення швидкості світла зі збільшенням відстані. Світло це потік квантів енергії і, можливо, їх швидкість може зменшуватися.

Припустимо, що швидкість світла зі збільшенням відстані джерела світла зменшується, образно кажучи «світло старіє».

Відомо, що швидкість світла зменшується при переході з оптично менш щільного середовища більш щільну. Викликано це тим, що змінюються умови для проходження світла. Зменшення швидкості характеризується показником заломлення n;, де з- швидкість світла у вакуумі а з 1- Швидкість в іншому середовищі.

Якщо за припущенням, швидкість світла зменшується зі збільшенням відстані від джерела світла, то, отже, змінюються умови його проходження, що також можна характеризувати показником заломлення n.Отримуємо, що зменшена швидкість світла буде .

У статті «Досвід Фізо» (ж. «Сучасні наукомісткі технології» №2, 2007р.) для визначення швидкості світла в середовищі, що рухається, показник заломлення nбув використаний у вигляді , де частина показника, що визначається випромінюючим атомом, а визначається умовами проходження світла в середовищі.

Застосуємо таке уявлення показника заломлення і вакууму. Якщо ми прийняли припущення, що у вакуумі швидкість світла зменшується, а вакуум є однорідним середовищем, зменшення швидкості світла має залежати тільки від відстані і пропорційно йому. Тому можна записати де D-відстань до джерела світла, μ - Коефіцієнт пропорційності постійна величина. Швидкість прийнятого світла буде

Різниця між початковою та зменшеною швидкостями світла буде

Тут виражена залежність між зменшенням швидкості світла та відстанню D. Зв'язок між цими ж величинами виражає і закон Хабла де v- Швидкість видалення зірки, що для приймача світла є різниця с-с 1 .

Порівняємо значення vякі дають ці два рівняння для граничних значень відстані D.

Якщо , то з першого рівняння отримуємо: , n=1 (Для малих відстаней) і . Із закону Хаббла також отримуємо.

Якщо цей збіг не випадково, можна припустити, що кванти світлової енергії пов'язані з випромінювачем, на це вказує і зв'язок світлонесучого середовища з джерелом світла.

Щоб визначити швидкість з 1, треба вирішити щодо nрівняння:

і через n знайти швидкість з 1.

Для мінімальних значень D можна використовувати закон Хаббла.

У статті є явна суперечність. Ґрунтуючись на понятті про розширення Всесвіту, отримано висновок про існування межі можливого прийому електромагнітних хвиль, а, ґрунтуючись на природному зменшенні швидкості світла, така межа відсутня. Виходить, що виявлення такого кордону буде доказом розширення Всесвіту.

У статті також без переконливих підстав прийнято припущення про залежність швидкості світла від відстаней. Підстави припущення будуть виявлені під час розгляду процесу випромінювання квантів світла атомом.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ:

1. Зісман Г.А., Тодес О.М., Курс загальної фізики т.3. - М.: "Наука", 1972р.
2. Воронцов - Вельямінов Б.А. Астрономія 10. - М.: «Освіта», 1983р.

Бібліографічне посилання

Ефект Доплера для пружних хвиль обумовлений сталістю швидкості поширення пружної хвилі в середовищі, яка служить деякою виділеною системою відліку. Для електромагнітних хвиль такої виділеної системи відліку (середовища) немає і пояснення ефекту Доплера для електромагнітних хвиль може бути лише у межах спеціальної теорії відносності.

Нехай джерело Sнаближається зі швидкістю до нерухомого приймача Р. При цьому джерело випускає у напрямку приймача електромагнітні імпульси із частотою (власна частота). Проміжок часу між двома послідовними імпульсами у системі відліку, що з джерелом, дорівнює . Оскільки джерело рухається, то відповідний проміжок часу в нерухомій системі відліку, пов'язаної з приймачем, внаслідок ефекту уповільнення ходу годинника, що рухається, буде більше, а саме

, (40.1)

Відстань між суміжними імпульсами в системі відліку, пов'язаної з приймачем, буде рівна

. (40.2)

Тоді частота проходження імпульсів , що сприймаються приймачем, виявиться рівною , або

. (40.3)

Отримана формула (40.3) відповідає поздовжньому ефекту Доплера, який є наслідком двох явищ: уповільнення ходу годинника, що рухається, і "ущільнення" (або розрядження) імпульсів, пов'язаного зі зміною відстані між джерелом і приймачем. Якщо джерело наближається (як у розглянутому випадку), то частота електромагнітної хвилі, що приймається, збільшується (), якщо ж видаляється, то (в цьому випадку знак швидкості змінюється на протилежний).

Якщо швидкість набагато менша за швидкість світла, то (40.3) з точністю до членів можна замінити наближеною формулою (нерелятивістське наближення):

. (40.4)

В загальному випадку, коли вектор швидкості джерела утворює кут з направленням на приймач (лінією візування), швидкість формули (40.3) слід замінити її проекцією на лінію візування і тоді частота електромагнітних хвиль, що приймаються, визначається виразом

. (40.5)

З останнього виразу випливає, що якщо джерело рухається перпендикулярно до напрямку приймача (), то спостерігається поперечний ефект Доплера:

, (40.6)

у якому сприймається приймачем частота виявляється завжди менше власної частоти джерела (). Поперечний ефект є прямим наслідком уповільнення ходу годинника, що рухається, і значно слабше поздовжнього.

Поздовжній ефект Доплера використовується в локації визначення швидкості руху об'єкта. Облік доплерівського зміщення частоти може знадобитися при організації зв'язку з рухомими об'єктами. За допомогою ефекту Доплера було відкрито подвійні зірки. У 1929 р. американський астроном Еге. Хаббл виявив, що лінії спектрі випромінювання далеких галактик зміщені у бік великих довжин хвиль (космологічне червоне усунення). Червоне усунення виникає внаслідок ефекту Доплера і свідчить у тому, що далекі галактики віддаляються від нас, причому швидкість розльоту галактик пропорційна відстані до них:

де - Постійна Хаббла.

В акустиці зміна частоти, обумовлена ​​ефектом Доплера, визначається швидкостями руху джерела і приймача по відношенню до середовища, що є носієм звукових хвиль (див. формулу (103.2)). Для світлових хвиль також існує ефект Доплера. Однак особливого середовища, яке було б носієм електромагнітних хвиль, не існує. Тому доплерівське зміщення частоти світлових хвиль визначається лише відносною швидкістю джерела та приймача.

Зв'яжемо із джерелом світла початок координат системи К, а з приймачем - початок координат системи К (рис. 151.1). Осі направимо, як завжди, вздовж вектора швидкості v, з якою система До (тобто приймач) рухається щодо системи До (тобто джерела). Рівняння плоскої світлової хвилі, що випускається джерелом у напрямку приймача, буде в системі До мати вигляд

Тут і - частота хвилі, що фіксується в системі відліку, пов'язаної з джерелом, тобто частота, з якої коливається джерело. Ми припускаємо, що світлова хвиля поширюється у вакуумі; тому фазова швидкість дорівнює с.

Відповідно до принципу відносності закони природи мають однаковий вигляд у всіх інерційних системах відліку. Отже, у системі До хвиля (151.1) описується рівнянням

де - Частота, що фіксується в системі відліку До т. Е. Частота, що сприймається приймачем. Ми забезпечили штрихами всі величини, крім, яка однакова у всіх системах відліку.

Рівняння хвилі в системі До можна отримати з рівняння в системі До, перейшовши з допомогою перетворень Лоренца.

Замінивши в і t згідно з формулами (63.16) 1-го тому, отримаємо

(Роль грає v). Останній вираз легко привести до вигляду

Рівняння (151.3) описує у системі До тієї ж хвилю, як і рівняння (151.2). Тому має виконуватися співвідношення

Змінимо позначення: частоту джерела з позначимо через частоту приймача - через . У результаті формула набуде вигляду

Перейшовши від кругової частоти до звичайної, отримаємо

(151.5)

Фігурує у формулах (151.4) і (151.5) швидкістю приймача по відношенню до джерела є алгебраїчна величина. При видаленні приймача і згідно з наближенням приймача до джерела так що з

Якщо формулу (151.4) можна приблизно записати наступним чином:

Звідси, обмежившись членами порядку, отримаємо

(151.6)

З цієї формули можна знайти відносну зміну частоти:

(151.7)

(під мається на увазі).

Можна показати, що крім розглянутого нами поздовжнього ефекту, для світлових хвиль існує також поперечний ефект Доплера. Він полягає у зменшенні сприймається приймачем частоти, що спостерігається в тому випадку, коли вектор відносної швидкості спрямований перпендикулярно до прямої, що проходить через приймач, і джерело (коли, наприклад, джерело рухається по колу, в центрі якого є приймач).

У цьому випадку частота в системі джерела пов'язана з частотою в системі приймача співвідношенням

Відносна зміна частоти при поперечному ефекті Доплера

пропорційно квадрату відношення і, отже, значно менше, ніж при поздовжньому ефекті, для якого відносна зміна частоти пропорційно першого ступеня

Існування поперечного ефекту Доплера було експериментально доведено Айвсом в 1938 р. У дослідах Айвса визначалося зміна частоти випромінювання атомів водню в каналових променях (див. останній абзац § 85). Швидкість атомів складала приблизно 106 м/с. Ці досліди є безпосереднім експериментальним підтвердженням справедливості перетворень Лоренца.

У загальному випадку вектор відносної швидкості можна розкласти на дві складові, одна з яких спрямована вздовж променя, а інша перпендикулярно до променя. Перша складова зумовить поздовжній, друга – поперечний ефект Доплера.

Поздовжній ефект Доплера використовується визначення радіальної швидкості зірок. Вимірявши відносне зміщення ліній у спектрах зірок, можна за формулою (151.4) визначити

Теплове рух молекул світиться газу призводить внаслідок ефекту Доплера до розширення спектральних ліній. Через хаотичність теплового руху всі напрямки швидкостей молекул щодо спектрографа рівноймовірні. Тому в випромінюваному приладом випромінюванні присутні всі частоти, укладені в інтервалі від до де - частота, випромінювана молекулами, v - швидкість теплового руху (див. формулу (151.6)). Таким чином, ширина спектральної лінії, що реєструється, складе Величину

(151.10)

називають доплерівською шириною спектральної лінії (під v мається на увазі найбільш ймовірна швидкість молекул). За величиною доплерівського розширення спектральних ліній можна судити про швидкість теплового руху молекул, а отже, і про температуру газу, що світиться.

Ефект Доплера – це фізичне явище, яке полягає у зміні частоти хвиль залежно від руху джерела цих хвиль щодо спостерігача. При наближенні джерела частота хвиль, що випромінюються ним, збільшується, а довжина зменшується. При видаленні джерела хвиль від спостерігача їхня частота зменшується, а довжина хвилі збільшується.

Наприклад, у разі звукових хвиль при видаленні джерела висота звуку знизиться, а при наближенні тон звуку стане вищим. Так, за зміною висоти тону можна визначити, чи наближається або видаляється поїзд, автомобіль зі звуковим спецсигналом і т.д. Електромагнітні хвилі також показують ефект Доплера. Спостерігач у разі видалення джерела помітить усунення спектра в «червону» бік, тобто. у бік довших хвиль, а при наближенні – у «фіолетову», тобто. у бік коротших хвиль.

Ефект Доплера виявився вкрай корисним відкриттям. Завдяки йому було виявлено розширення Всесвіту (спектри галактик зміщені в червоний бік, отже вони від нас віддаляються); розроблено метод діагностики серцево-судинної системи через визначення швидкості кровотоку; створені різні радари, у тому числі й ті, що використовуються ДІБДР.

Найпопулярніший приклад поширення ефекту Доплера: машина із сиреною. Коли вона їде до тебе чи від тебе, ти чуєш один звук, а коли проїжджає повз, то досконалою інший – нижчий. Ефект Доплера пов'язаний як зі звуковими хвилями, а й будь-якими іншими. За допомогою ефекту Доплера можна визначити швидкість чогось, будь то машина або небесні тіла, за умови, що ми знаємо параметри (частоту та довжину хвилі). Все, що пов'язане з телефонними мережами, вай-фаєм, охоронними сигналізаціями – скрізь можна спостерігати ефект Доплера.

Або візьмемо світлофор - у нього є червоний, жовтий та зелений кольори. Залежно від того, з якою швидкістю ми рухаємося, ці кольори можуть змінюватися, але не між собою, а зміщуватися у бік фіолетового: жовтий йтиме в зелений, а зелений у синій.

Ну чому ж? Якщо ми рухаємося від джерела світла і дивимося назад (або світлофор їде від нас), то кольори зрушать у бік червоного.

І, напевно, варто уточнити, що швидкість, на якій червоний можна переплутати із зеленим, набагато вища за ту, з якої можна їздити дорогами.

Відповісти

Прокоментувати

Суть ефекту Допплера полягає в тому, що якщо джерело звуку наближається до спостерігача або віддаляється від нього, то частота звуку, який він випускає, з точки зору спостерігача змінюється. Так, наприклад, змінюється звук двигуна машини, яка проїжджає повз вас. Він вище поки вона наближається до вас і різко стає нижче, коли вона пролітає повз вас і починає віддалятися. Зміна частоти тим сильніше, що вища швидкість руху джерела звуку.

До речі, цей ефект справедливий не лише для звуку, а й, скажімо, світла. Просто для звуку він наочніший - його можна спостерігати на відносно невеликих швидкостях. У видимого світла настільки велика частота, що невеликі зміни рахунок ефекту Допплера неозброєним оком непомітні. Однак, у деяких випадках ефект Доплера слід враховувати навіть у радіозв'язку.

Якщо не заглиблюватися в суворі визначення і спробувати пояснити ефект, як то кажуть, на пальцях, то все досить просто. Звук (як і світло чи радіосигнал) - це хвиля. Для наочності, давайте будемо вважати, що частота хвилі залежить від того, як часто ми приймаємо "гребні" схематичної хвилі (). Якщо джерело і приймач будуть нерухомі (так, щодо одне одного), ми прийматимемо " гребені " з тією ж частотою, з якою їх випромінює приймач. Якщо ж джерело і приймач почнуть зближуватися, ми почнемо приймати тим частіше, що вища швидкість зближення - швидкості будуть складатися. У результаті частота звуку на приймачі буде вищою. Якщо ж джерело почне віддалятися від приймача, то кожному наступному "гребеню" знадобиться трохи більше часу, щоб досягти приймача - ми почнемо приймати "гребені" трохи рідше, ніж їх джерело випромінює. Частота звуку на приймачі буде нижчою.

Це пояснення певною мірою схематично, але загальний принцип воно відбиває.

Якщо коротко - зміна частоти, що спостерігається, і довжини хвилі в тому випадку, якщо джерело і приймач рухаються відносно один одного. Пов'язаний із кінцівкою швидкості поширення хвиль. Якщо джерело з приймачем зближуються – частота зростає (пік хвилі реєструється частіше); віддаляються один від одного - частота падає (пік хвилі реєструється рідше). Звичайна ілюстрація ефект - сирена спецслужби. Якщо швидка до вас під'їжджає – сирена вищить, від'їжджає – басовито гуде. Окремий випадок – поширення електромагнітної хвилі у ваккуумі – там додається ще релятивістська складова і доплеровський ефект проявляється й у тому випадку, коли приймач та джерело нерухомі щодо один одного, що пояснюється властивостями часу.

Спробую відповісти найпростішим способом:
Уявіть, що ви стоїте на місці і кожну секунду запускаєте хвилю (наприклад, голосом), яка радіально поширюється від вас зі швидкістю 100 м/с.