De Doppler effekten Det er et fysisk fenomen som oppstår når mottakeren og bølgekilden har relativ bevegelse, noe som forårsaker en endring i mottakerens frekvens i forhold til frekvensen til kilden.
Navnet kommer fra den østerrikske fysikeren Christian Doppler (1803-1853), som beskrev og forklarte dette fenomenet i 1842, mens han presenterte et verk om fargen på dobbeltstjerner, på en naturvitenskapskongress i Praha, dagens Tsjekkia..
Artikkelindeks
Doppler-effekten oppstår på alle typer bølger, fra lys til lyd, så lenge kilden og mottakeren beveger seg i forhold til hverandre. Og det er mye mer bemerkelsesverdig når den relative hastigheten mellom kilden og mottakeren er sammenlignbar med forplantningshastigheten til bølgen.
Anta en harmonisk bølge, som er en svingning som beveger seg gjennom rommet. Svingningen gjentas med jevne tidsintervaller, denne gangen er det begrepet og dens omvendte frekvensen, det vil si antall svingninger per tidsenhet.
Når avstanden mellom kilden til den harmoniske bølgen og mottakeren forblir fast, oppfatter mottakeren den samme frekvensen til kilden, det vil si at den registrerer det samme antall pulser per tidsenhet som kilden..
Imidlertid når mottakeren nærmer seg kilden med en fast hastighet, kommer pulser oftere. Og det motsatte oppstår når mottakeren beveger seg bort med en fast hastighet fra kilden: bølgepulsene oppfattes med en lavere frekvens.
For å forstå hvorfor dette fenomenet oppstår, vil vi bruke en analogi: to personer som spiller kaste baller. Kannen ruller dem i en rett linje over bakken mot partneren sin, som plukker dem opp.
Hvis den som kaster sender en ball hvert sekund, vil fangeren, hvis han holder seg fast, fange en ball hvert sekund. Alt bra så langt det er forventet.
Anta nå at personen som fanger ballene er på et skateboard og bestemmer seg for å nærme seg kannen med konstant hastighet. I dette tilfellet, når du skal møte ballene, vil du ha mindre enn et sekund mellom en ball og den neste..
Derfor ser det ut til mottakeren at mer enn en ball når ham per sekund, det vil si at frekvensen de når hånden hans økte..
Det motsatte ville skje hvis den mottakende personen bestemte seg for å bevege seg vekk fra emitteren, det vil si at ankomsttidene til kulene ville øke med den påfølgende reduksjonen i frekvensen som ballene ankommer..
Endringen i frekvens beskrevet i forrige avsnitt kan fås fra følgende formel:
Her:
-Feller er kildens frekvens.
-f er den tilsynelatende frekvensen på mottakeren.
-v er hastigheten (v> 0) for forplantning av bølgen i mediet.
-vr er mottakerens hastighet i forhold til mediet og
-vs er kildens hastighet i forhold til mediet.
Merk at vr det er positivt hvis mottakeren er nær kilden og ellers negativ. På den annen side, vs er positiv hvis kilden beveger seg bort fra mottakeren og negativ når den nærmer seg.
Til slutt, hvis kilden og observatøren kommer nærmere, øker frekvensen, og hvis de beveger seg, avtar den. Det motsatte skjer med den tilsynelatende bølgelengden på mottakeren (se øvelse 1).
Det hender ofte at bølgehastigheten er mye større enn hastigheten kilden beveger seg på eller mottakerens hastighet..
I dette tilfellet kan formelen tilnærmes på en slik måte at den skrives som en funksjon av den relative hastigheten til mottakeren (observatør) i forhold til kilden (e).
I dette tilfellet vil formelen være slik:
f = [1 + (Vrs / v)] ⋅feller
Hvor Vrs = vr - vs.
Når vrs er positiv (de kommer nærmere), frekvensen f er større enn feller, mens det er negativt (de beveger seg bort), er f mindre enn feller.
Ovennevnte formel gjelder bare i tilfelle kilden nærmer seg (eller beveger seg bort) direkte fra observatøren.
I tilfelle kilden beveger seg langs en tverrgående bane, er det nødvendig å ta hensyn til vinkelen θ dannet av den relative hastigheten til mottakeren - i forhold til kilden - med retningen til vektoren som går fra observatøren til kilden.
I dette tilfellet må vi søke:
f = [1 + (V.rs ⋅ Cos (θ) / v)] ⋅ feller
Igjen, til Vrs det tildeles et positivt tegn hvis mottakeren og kilden nærmer seg, og negativ hvis det motsatte skjer.
Et dagligdags eksempel er sirenen til en ambulanse eller politibil. Når den nærmer seg oss, oppfattes den mer akutt, og når den beveger seg bort, er den mer alvorlig, spesielt forskjellen høres i øyeblikket med maksimal tilnærming.
En annen situasjon som forklares av Doppler-effekten er forskyvningen av stjernenes spektrallinjer mot blå eller rød, hvis de nærmer seg mot oss eller hvis de beveger seg bort. Dette kan ikke sees med det blotte øye, men med et instrument som heter spektrometer.
Doppler-effekten har mange praktiske anvendelser, noen er oppført nedenfor:
Radarer måler avstanden og hastigheten som objektene oppdages ved samme trekk og er basert nøyaktig på Doppler-effekten.
Radaren avgir en bølge mot objektet som skal oppdages, så reflekteres den bølgen tilbake. Tiden det tar for en puls å gå frem og tilbake, brukes til å bestemme hvor langt unna objektet er. Og endringen av frekvens i det reflekterte signalet gjør det mulig å vite om det aktuelle objektet beveger seg bort eller nærmere radaren og hvor raskt.
Fordi radarbølgen går frem og tilbake, oppstår en dobbel dopplereffekt. I dette tilfellet er formelen som gjør det mulig å bestemme hastigheten på objektet i forhold til radaren:
Vo / r = ½ c ⋅ (Δf / feller)
Hvor:
-Vo / r er hastigheten til objektet i forhold til radaren.
-c hastigheten på bølgen som sendes ut og reflekteres.
-Feller utslippsfrekvensen på radaren.
-Δf frekvensskiftet, det vil si f - feller.
Takket være Doppler-effekten har det vært mulig å fastslå at universet ekspanderer, siden lysspekteret som sendes ut av fjerne galakser, forskyves mot det røde (en reduksjon i frekvensen).
På den annen side er det også kjent at den tilbakegående hastigheten øker når de observerte galaksene er fjernere..
Det motsatte skjer med noen galakser i den lokale gruppen, det vil si naboene til Melkeveien..
For eksempel har vår nærmeste nabo, Andromeda Galaxy, et blått skifte (det vil si en økning i frekvens) som indikerer at det nærmer seg oss..
Det er en variant av det tradisjonelle økosonogrammet, der man utnytter Doppler-effekten og måler hastigheten på blodstrømmen i vener og arterier..
Sirenen til en ambulanse har en frekvens på 300 Hz. Å vite at lydhastigheten i luft er 340 m / s, bestem lydens bølgelengde i følgende tilfeller:
a) Når ambulansen er i ro.
b) Hvis den nærmer seg 108 km / t
c) Når du beveger deg i samme hastighet.
Det er ingen Doppler-effekt fordi både emitteren og kilden er i ro.
For å bestemme bølgelengden til lyd, brukes forholdet mellom frekvensen til kilden f, bølgelengden λ til kilden og lydhastigheten v:
v = feller⋅λ.
Derfra følger det at:
λ = v / feller.
Derfor er bølgelengden:
λ = (340 m / s) / (300 1 / s) = 1,13 m.
Mottakeren betraktes som i ro, det vil si vr = 0. Utsenderen er sirenen som beveger seg med ambulansens hastighet:
vs = (108 / 3.6) m / s = 30 m / s.
Den tilsynelatende frekvensen f er gitt av forholdet:
f = feller⋅ [(v + vr) / (v + vs)]
Ved å bruke denne formelen får vi:
f = 300 Hz ⋅ [(340 + 0) / (340 - 30)] = 329 Hz.
Bølgelengden på mottakeren vil være:
λr= v / f = (340 m / s) / (329 1 / s) = 1,03 m.
Det løses på en lignende måte:
f = 300 Hz ⋅ (340 + 0) / (340 + 30) = 276 Hz.
Bølgelengden på mottakeren vil være:
λr = v / f = (340 m / s) / (276 1 / s) = 1,23 m.
Det konkluderes med at bølgefrontene har en separasjon på 1,03 m når sirenen nærmer seg og 1,23 m når den beveger seg vekk.
En karakteristisk linje for hydrogenutslippsspekteret er ved 656 nm, men når man observerer en galakse, ser man at den samme linjen er forskjøvet og markerer 660 nm, det vil si at den har en rød forskyvning på 4 nm..
Siden det er en økning i bølgelengde, vet vi at galaksen beveger seg bort. Hva er hastigheten??
Kvotienten mellom forskyvningen av bølgelengden og bølgelengden i hvile er lik kvoten mellom galaksens hastighet og lysets hastighet (300 000 km / s). Deretter:
4/656 = 0,006
Derfor beveger galaksen seg bort med 0,006 ganger lysets hastighet, det vil si 1800 km / s.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.