Доплеров ефект Доплерово изместване на честотата. В случай на електромагнитни вълни, формулата за честотата се извлича от уравненията на специалната теория на относителността

Ефектът на Доплер за еластичните вълни се дължи на постоянството на скоростта на разпространение на еластична вълна в среда, която служи като определена избрана отправна система. За електромагнитните вълни такава специална референтна система (среда) не съществува и обяснението на ефекта на Доплер за електромагнитните вълни може да бъде дадено само в рамките на специалната теория на относителността.

Нека източникът Ссе приближава със скорост към неподвижен приемник Р. В този случай източникът излъчва електромагнитни импулси с честота (собствена честота) по посока на приемника. Интервалът от време между два последователни импулса в референтната рамка, свързана с източника, е . Тъй като източникът се движи, съответният интервал от време във фиксираната референтна рамка, свързана с приемника, ще бъде по-дълъг поради ефекта на забавяне на движещия се часовник, а именно

, (40.1)

Разстоянието между съседни импулси в референтната рамка, свързана с приемника, ще бъде равно на

. (40.2)

Тогава честотата на повторение на импулса, възприемана от приемника, ще бъде равна на или

. (40.3)

Получената формула (40.3) съответства на надлъжен ефект на Доплер, което е следствие от две явления: забавяне на движещия се часовник и "компресия" (или разреждане) на импулси, свързани с промяна на разстоянието между източника и приемника. Ако източникът се приближи (както в разглеждания случай), тогава честотата на получената електромагнитна вълна се увеличава (), ако се отдалечи, тогава (в този случай знакът на скоростта се променя на противоположния).

Ако скоростта е много по-малка от скоростта на светлината, тогава (40.3), до термини, може да се замени с приблизителна формула (нерелативистично приближение):

. (40.4)

В общия случай, когато векторът на скоростта на източника образува ъгъл с посоката към приемника (линията на видимост), скоростта във формула (40.3) трябва да бъде заменена с нейната проекция към линията на видимост и тогава честотата на получените електромагнитни вълни се определя от израза

. (40.5)

От последния израз следва, че ако източникът се движи перпендикулярно на посоката към приемника (), тогава се наблюдава напречен ефект на Доплер:

, (40.6)

при която честотата, възприемана от приемника, винаги е по-малка от естествената честота на източника (). Напречният ефект е пряко следствие от забавянето на движещия се часовник и е много по-слаб от надлъжния.

Надлъжният ефект на Доплер се използва при местоположение, за да се определи скоростта на даден обект. При организиране на комуникация с движещи се обекти може да се наложи отчитане на изместването на честотата на Доплер. Двойните звезди са открити с помощта на ефекта на Доплер. През 1929 г. американският астроном Е. Хъбъл открива, че линиите в емисионния спектър на далечни галактики са изместени към по-дълги дължини на вълните (космологично червено отместване). Червеното отместване възниква в резултат на ефекта на Доплер и показва, че далечните галактики се отдалечават от нас, а скоростта на разширяване на галактиките е пропорционална на разстоянието до тях:

където е константата на Хъбъл.

Ако източникът на вълна се движи спрямо средата, тогава разстоянието между върховете на вълната (дължина на вълната) зависи от скоростта и посоката на движение. Ако източникът се придвижи към приемника, т.е. настигне излъчваната от него вълна, тогава дължината на вълната намалява. Ако се премахне, дължината на вълната се увеличава.

Честотата на вълната като цяло зависи само от това колко бързо се движи приемникът.

Веднага след като вълната излезе от източника, скоростта на нейното разпространение се определя само от свойствата на средата, в която се разпространява - източникът на вълната вече не играе никаква роля. На повърхността на водата, например, вълните, след като са били възбудени, се разпространяват по-нататък само поради взаимодействието на силите на налягане, повърхностното напрежение и гравитацията. Акустичните вълни се разпространяват във въздуха (и други звукопроводими среди) поради насоченото пренасяне на спада на налягането. И нито един от механизмите на разпространение на вълната не зависи от източника на вълната. Следователно и Доплер ефект.

За да бъдете по-разбираеми, разгледайте пример за кола със сирена.

Да започнем с паркирането на колата. Звукът от сирената достига до нас, защото еластичната мембрана вътре в нея периодично въздейства върху въздуха, създавайки компресия в него - области на повишено налягане - редуващи се с изпускания. Пиковете на компресия - "гребените" на акустичната вълна - се разпространяват в средата (въздуха), докато достигнат ушите ни и засегнат тъпанчетата. И така, докато колата стои, ще чуем непроменения тон на нейния сигнал.

Но веднага щом колата започне да се движи във вашата посока, ще бъде добавена нова. Ефект. За времето от момента на излъчване на един пик на вълната до следващия, колата ще измине известно разстояние към вас. Поради това източникът на всеки следващ пик на вълната ще бъде по-близо. В резултат на това вълните ще достигат до ушите ви по-често, отколкото когато колата е била неподвижна, а височината на звука, който възприемате, ще се увеличи. Обратно, ако колата с клаксона се движи в обратна посока, върховете на акустичните вълни ще достигат до ушите ви по-рядко и възприеманата честота на звука ще намалее.

Важен е в астрономията, сонара и радара. В астрономията Доплеровото изместване на определена честота на излъчената светлина може да се използва, за да се прецени скоростта на звезда по нейната линия на наблюдение. Най-изненадващият резултат идва от наблюдението на доплеровото изместване в честотите на светлината от далечни галактики: така нареченото червено отместване показва, че всички галактики се отдалечават от нас със скорости до около половината от скоростта на светлината, увеличавайки се с разстоянието. Въпросът дали Вселената се разширява по подобен начин или червеното отместване се дължи на нещо друго, а не на "отдръпването" на галактиките, остава открит.

Във формулата, която използвахме

Източникът на вълните се премества наляво. Тогава честотата на вълните става по-висока (повече) отляво и по-ниска (по-малко) отдясно, с други думи, ако източникът на вълна настигне излъчваните от него вълни, тогава дължината на вълната намалява. Ако се премахне, дължината на вълната се увеличава.

Доплер ефект- промяна в честотата и дължината на вълните, регистрирани от приемника, причинени от движението на техния източник и/или движението на приемника.

Същността на явлението

Ефектът на Доплер се наблюдава лесно на практика, когато покрай наблюдателя минава кола с включена сирена. Да предположим, че сирената издава определен тон и той не се променя. Когато колата не се движи спрямо наблюдателя, тогава той чува точно тона, който издава сирената. Но ако колата се приближи до наблюдателя, тогава честотата на звуковите вълни ще се увеличи (а дължината ще намалее) и наблюдателят ще чуе по-висок тон, отколкото реално излъчва сирената. В този момент, когато колата минава покрай наблюдателя, той ще чуе самия сигнал, който всъщност издава сирената. И когато колата пътува по-нататък и вече ще се отдалечава, а не приближава, наблюдателят ще чуе по-нисък тон, поради по-ниската честота (и съответно по-голямата дължина) на звуковите вълни.

Важен е и случаят, когато заредена частица се движи в среда с релативистка скорост. В този случай в лабораторната система се регистрира лъчение на Черенков, което е пряко свързано с ефекта на Доплер.

Математическо описание

Ако източникът на вълна се движи спрямо средата, тогава разстоянието между върховете на вълната (дължина на вълната) зависи от скоростта и посоката на движение. Ако източникът се придвижи към приемника, т.е. настигне вълната, която излъчва, тогава дължината на вълната намалява, ако се отдалечи, дължината на вълната се увеличава:

където е честотата, с която източникът излъчва вълни, е скоростта на разпространение на вълната в средата, е скоростта на източника на вълна спрямо средата (положителна, ако източникът се приближава към приемника и отрицателна, ако се отдалечава).

Честота, записана от фиксиран приемник

където е скоростта на приемника спрямо средата (положителна, ако се движи към източника).

Замествайки във формула (2) стойността на честотата от формула (1), получаваме формулата за общия случай:

където е скоростта на светлината, е скоростта на източника спрямо приемника (наблюдателя), е ъгълът между посоката към източника и вектора на скоростта в референтната рамка на приемника. Ако източникът се отдалечава радиално от наблюдателя, тогава ако се приближава - .

Релативисткият ефект на Доплер се дължи на две причини:

класически аналог на промяна на честотата с относително движение на източника и приемника;

Последният фактор води до напречен ефект на Доплер, когато ъгълът между вълновия вектор и скоростта на източника е . В този случай промяната в честотата е чисто релативистичен ефект, който няма класически аналог.

Как да наблюдаваме ефекта на Доплер

Тъй като явлението е характерно за всякакви вълни и потоци от частици, е много лесно да се наблюдава за звук. Честотата на звуковите вибрации се възприема от ухото като височина на звука. Необходимо е да изчакате ситуация, когато покрай вас ще премине бързо движеща се кола или влак, издавайки звук, например сирена или просто звуков сигнал. Ще чуете, че когато колата ви приближава, тона ще бъде по-висок, след това, когато колата е близо до вас, ще спадне рязко, а след това, когато се отдалечава, колата ще свири по-ниско.

Приложение

Доплеровият радар е радар, който измерва промяната в честотата на сигнал, отразен от обект. От промяната в честотата се изчислява радиалната компонента на скоростта на обекта (проекцията на скоростта върху права линия, минаваща през обекта и радара). Доплеровите радари могат да се използват в различни области: за определяне на скоростта на самолети, кораби, автомобили, хидрометеори (например облаци), морски и речни течения, както и други обекти.

Астрономия
- Чрез изместване на линиите на спектъра се определя радиалната скорост на движение на звезди, галактики и други небесни тела. С помощта на ефекта на Доплер се определя тяхната радиална скорост от спектъра на небесните тела. Промяната в дължините на вълните на светлинните трептения води до факта, че всички спектрални линии в спектъра на източника се изместват към дълги вълни, ако неговата радиална скорост е насочена далеч от наблюдателя (червено изместване), и към къси, ако посоката на радиалната скорост е към наблюдателя (виолетово изместване). Ако скоростта на източника е малка в сравнение със скоростта на светлината (300 000 km/s), тогава радиалната скорост е равна на скоростта на светлината, умножена по промяната в дължината на вълната на всяка спектрална линия и разделена на дължината на вълната на същата линия в стационарен източник.
- Чрез увеличаване на ширината на линиите на спектъра се определя температурата на звездите
Неинвазивно измерване на дебита. Ефектът на Доплер измерва скоростта на потока на течности и газове. Предимството на този метод е, че не е необходимо сензорите да се поставят директно в потока. Скоростта се определя от разсейването на ултразвука върху нееднородностите на средата (частици на суспензията, капки течност, които не се смесват с основния поток, газови мехурчета).
Охранителни аларми. За откриване на движещи се обекти
Определяне на координати. В сателитната система Cospas-Sarsat координатите на аварийния предавател на земята се определят от сателита от радиосигнала, получен от него, като се използва ефектът на Доплер.

Изкуство и култура

В 6-ти епизод от 1-ви сезон на американския комедиен телевизионен сериал „Теория за Големия взрив“ д-р Шелдън Купър отива на Хелоуин, за който облича костюм, символизиращ ефекта на Доплер. Въпреки това всички присъстващи (освен приятели) го смятат за зебра.

Бележки

Вижте също

Връзки

Прилагане на ефекта на Доплер за измерване на течения в океана

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е "ефектът на Доплер" в други речници:

Доплер ефект- Доплеров ефект Промяната в честотата, която възниква, когато предавателят се движи спрямо приемника или обратно. [Л.М. Невдяев. Телекомуникационни технологии. Справочник с английски руски тълковен речник. Под редакцията на Ю.М. Горностаев. Москва… Наръчник за технически преводач

Доплер ефект- Doplerio reiškinys statusas T sritis fizika atitikmenys: англ. Доплеров ефект vok. Доплеров ефект, m rus. Доплеров ефект, m; Доплеров феномен, n pranc. доплеров ефект, m … Fizikos terminų zodynas

Доплер ефект- Doppler io efektas statusas T sritis automatika atitikmenys: англ. Доплеров ефект vok. Доплеров ефект, m rus. Доплеров ефект, m; Доплеров ефект, m pranc. effet Doppler, m ryšiai: sinonimas – Doplerio efektas … Автоматичен терминų žodynas

Доплер ефект- Doplerio efektas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Spinduliuotės stebimo bangos ilgio pasikeitimas, šaltiniui judant stebėtojo atžvilgiu. атитикменис: англ. Доплеров ефект vok. Dopplereffekt, m rus. Доплеров ефект, m; Доплеров ефект, m … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Доплер ефект- Doplerio efektas statusas T sritis Standartizacija и метрология apibrėžtis Matuojamosios spinduliuotės dažnio pokytis, atsirandantis dėl reliatyviojo judesio tarp pirminio ar antrinio šaltinio ir stebėtojo. атитикменис: англ. Доплеров ефект vok … Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

Под Доплер ефектразберете промяната в честотата, записана от приемника на вълната, свързана с движението на източника и приемника. Този ефект е теоретично обоснован за първи път в акустиката и оптиката от австрийския физик К. Доплер през 1842 г.

Нека разгледаме извеждането на формула, която определя честотата на еластична вълна, възприета от приемник, използвайки два специални случая като пример. 1. В средата има фиксиран източник и приемник на звукови вълни. Честота и дължина на вълната, излъчвана от източника на вълна
, движейки се със скорост , достигат до приемника и създават в него трептения със същата честота
(Фиг. 6.11, а). 2. Източникът и излъчваната от него вълна се движат по оста Ox. Приемникът се придвижва към тях.Имайте предвид, че скоростта на вълната зависи само от свойствата на средата и не зависи от движението на приемника и източника. Следователно движението на източника с постоянна честота излъчваните от него вибрации ще променят само дължината на вълната. Всъщност източникът за периода на трептене ще премине разстоянието
, и според закона за събиране на скоростите вълната ще се отклони от източникаот разстояние
, и следователно неговата дължина на вълната
ще бъде по-малко (Фиг. 6.11, b).

По отношение на приемника вълната, в съответствие със закона за събиране на скоростите, ще се движи със скорост
и за постоянна дължина на вълната честота трептенията, възприемани от източника, ще се променят и ще бъдат равни на

Ако източникът и приемникът се отдалечат един от друг, тогава във формулата за честотата знаците трябва да се сменят. Следователно една единствена формула за честотата на трептенията, възприемана от приемника, когато източникът и приемникът се движат по една права линия, ще изглежда така:

. (6.36)

От тази формула следва, че за наблюдател, намиращ се например на гара, честотата на звуковия сигнал на приближаващ влак ( υ ДР =0, υ IST >0)

ще бъде по-голяма и по-малка при отдалечаване от станцията. Ако например вземем скоростта на звука υ=340 m/s, скоростта на влака υ=72 km/h и честотата на звуковия сигнал ν 0 =1000 Hz (тази честота се възприема добре от човека ухото, а ухото различава звукови вълни с честотна разлика по-голяма от 10 Hz), тогава честотата на сигнала, възприеман от ухото, ще варира в рамките на

Ако източникът и приемникът се движат със скорости, насочени под ъгъл към правата линия, която ги свързва, тогава за изчисляване на честотата възприемани от приемника, трябва да вземете проекциите на техните скорости върху тази права линия (фиг. 6.11, c):

. (6.37)

Ефектът на Доплер се наблюдава и при електромагнитните вълни. Но за разлика от

еластични вълни, ЕМВ могат да се разпространяват в отсъствието на среда, във вакуум. Следователно за EMW скоростта на движение на източника и приемника спрямо средата няма значение. За EMW е необходимо да се вземе предвид относителната скорост на източника и приемника, като се вземат предвид трансформациите на Лоренц и забавянето на времето в подвижна отправна система.

Обмисли надлъжен ефект на Доплер.Нека изведем формула за честотата на ЕМВ, фиксирана от приемника, в конкретен случай източникът и приемникът се движат един към друг по посока на правата линия, която ги свързва. Нека има две I.S.O. - неподвижен I.S.O. Да се(съдържа неподвижен EMW приемник) и се движи спрямо него по същите координатни оси ои охИ.С.О. Да се′ (съдържа фиксиран източник на ЕМВ) (фиг. 6.12, а).

Помислете какво се наблюдава в I.S.O. Да сеи ДА СЕ".

1. И.С.О.Да се ′ . Източникът на EMW е неподвижен и се намира в началото на координатната ос о′ (фиг. 6.12, а). Излъчва в I.S.O. Да се′ EMW с период
, честоти
и дължина на вълната
.

Приемникът се движи, но движението му не променя честотата на приемания сигнал. Това се дължи на факта, че според втория постулат на S.T.O., скоростта на EMW спрямо приемника винаги ще бъде равна на с,и следователно честотата на вълната, получена от приемника в I.S.O. ДА СЕ"също ще бъдат равни ,

2. I.S.O.Да се . EMW приемникът е неподвижен, а EMW източникът се движи по посока на оста осъс скорост . Следователно за източника е необходимо да се вземе предвид релативистичният ефект на забавяне на времето. Това означава, че периодът на вълната, излъчвана от източника в тази инерционна отправна система, ще бъде по-голям от периода на вълната в I.S.O.
().

За дължината на вълната излъчен от източника по посока на приемника, можем да запишем

Този израз позволява период Tи честота възприемани от EMW приемника в I.S.O. ДА СЕ,запишете следните формули:

, (6.38)

където се взема предвид, че скоростта на EMW спрямо приемника в I.S.O. Да сее равно на с.

Ако източникът и приемникът са премахнати, е необходимо да се сменят знаците във формула (6.38). В този случай честотата на излъчване, детектирана от приемника, ще намалее в сравнение с честотата на вълната, излъчвана от източника, т.е. има червено изместване в спектъра на видимата светлина.

Както можете да видите, изразът (6.38) не включва скоростта на източника и приемника поотделно, а само скоростта на тяхното относително движение.

За EMW също се наблюдава напречен доплеров ефект, което е свързано с ефекта на забавяне на времето в движеща се инерционна отправна система. Да вземем момента, когато скоростта на източника на EMW е перпендикулярна на линията на наблюдение (фиг. 6.12, b), тогава източникът не се движи към приемника и следователно дължината на вълната, излъчвана от него, не се променя (
). Остава само релативистичният ефект на забавяне на времето

,
. (6.39)

За напречния ефект на Доплер промяната на честотата ще бъде значително по-малка, отколкото за надлъжния ефект на Доплер. Наистина, съотношението на честотите, намерено по формули (6.38) и (6.39) за надлъжните и напречните ефекти, ще бъде много по-малко от единица:
.

Напречният ефект на Доплер беше потвърден експериментално, което още веднъж доказа валидността на специалната теория на относителността.

Приведените тук аргументи в полза на формула (6.39) не претендират за строгост, но дават правилния резултат. Като цяло за произволен ъгъл между линията на наблюдение и скоростта на източника , можем да напишем следната формула

, (6.40) където ъгълът - това е ъгълът между линията на наблюдение и скоростта на източника, виж (фиг. 6.12, b).

Напречният ефект на Доплер отсъства за еластични вълни в среда. Това се дължи на факта, че за да се определи честотата на вълната, възприемана от приемника, проекциите на скоростите се вземат по правата линия, свързваща източника и приемника, виж (фиг. 6.11, c), и няма време дилатация за еластични вълни.

Доплеровият ефект намира широко практическо приложение, например за измерване на скоростите на звездите и галактиките от Доплеровото (червено) изместване на линиите в техните емисионни спектри; за определяне на скоростите на движещи се цели в радар и сонар; за измерване на температурата на тела чрез доплерово разширяване на емисионни линии на атоми и молекули и др.

Юшкевич Р.С., Дегтярева Е.Р.

В статията са дадени формули за ефекта на Доплер, без да се използва законът за събиране на скоростите, а се използва принципът за постоянство на скоростта на светлината само спрямо източника на светлина. Определя се пространствената граница на възможността за приемане на електромагнитни вълни. Разгледана е зависимостта на скоростта на светлината от разстоянието. Определя се коефициентът за изчисляване на скоростта на светлината.

За да обясним ефекта, приемаме, че светлината, идваща от източника на светлина, е свързана с източника и се разпространява от него със скорост s = 3 10 8 m/sотносно източника. За приемника скоростта на светлината спрямо източника ще се добави към скоростта на източника v.

Да се определи зависимостта на честотата на светлината ν от скоростта v, разгледайте разпространението на светлината от два източника, единият от които Ѕ се отдалечава от приемника със скорост v, и другият С 0 почива.

Ориз. един.

Идентични източници излъчват светлина с еднаква честота ν 0 . Светлината се движи с еднаква скорост спрямо източниците с, така че дължината на излъчваната вълна λ 0 ще бъде същото. От движещ се източник светлината ще се приближи до приемника със скорост с-vи дължина на вълната λ 0 ще бъдат приети навреме Т =(период), а от източник в покой – във времето T 0 =. Периодите са реципрочни стойности на честотите на трептене и . Заменете стойностите Tи Т 0в получените равенства

разделяйки ги термин по термин, получаваме

получаваме [стр. 181].

(1)

В случай, че източникът и приемникът се приближават, имате нужда от знак vзаменете го с противоположното, получаваме . Забележи, че с-vи ° Сса скоростите на светлината съответно спрямо приемника и светлинния източник.

Сега разгледайте случая, когато източникът на светлина се движи перпендикулярно на посоката на приемника. Като се има предвид, че светлината е свързана с източника, тя се разпространява спрямо него със скорост си вървете с него на скорост vза да попадне в приемника, той трябва да бъде насочен под определен ъгъл α така sinα= . В този случай компонентът на скоростта на светлината, съвпадащ с посоката към приемника НОще бъде , компонентата v в тази посока е равна на 0. За да не повтаряме предишните разсъждения, използваме формула (1), с-vзаменете с и скоростта c спрямо източника остава непроменена. В резултат на това получаваме:

което съответства на резултата, получен в експериментите на Ives [стр. 181].

Ориз. 2.

Когато светлината преминава от източник към приемник, нейната честота се променя от ν 0 преди ν. От формулата с=λνОт това следва, че дължината на вълната също трябва да се промени. Ако вълна с дължина е излъчена от източник на светлина λ 0 , тогава приемникът ще го получи по различен начин, да речем λ . Вземете стойност λ е възможно с помощта на λ и ν количествата са обратно пропорционални . Заместване на стойността ν от формулата (1), получаваме

За по-голяма сигурност получаваме тази формула по различен начин.

Всеки светлинен приемник може да бъде и излъчвател, което означава, че има същата светлинно носеща среда като източника и светлината се разпространява в него със скорост с. Светлината, преминавайки от средата източник към средата приемник, набира скорост спо отношение на приемника.

Дължина на вълната λ 0 от източника до интерфейса между източника и приемника медията се приближава със скорост с -vи границата ще премине за време C от самото начало на вълната, навлизаща в сферата на приемната среда, нейното начало придобива скорост c спрямо приемника и за време T ще премине пътя λ = cT.Заместване на стойността T, получаваме:

Ориз. 3.

През първата половина на ХХ век. Американският учен Хъбъл в спектрите на далечни звезди открива изместване на спектралните линии към червената част на спектъра в сравнение с лабораторните спектри - "червеното отместване". Това означава, че дължината на получената вълна λ е по-голяма от λ 0 и колкото по-далече е звездата, толкова по-голямо е „червеното отместване“.

във формулата (2) включва четири количества λ, λ 0 , sи v. По времето, когато беше открито "червеното отместване", скоростта на светлината с постулата на Айнщайн беше фиксирана като постоянна по отношение на всяка отправна система, което означава, че λ 0 , свързано със скоростта на светлината c и източникът на излъчване се оказа постоянен. Във формулата (2) променлива λ , се оказа свързано със скоростта на източника v. Нараства λ предизвиква увеличение v.

„Червеното преместване“ се наблюдава при звезди, разположени във всички посоки, така че фактът на разширяването на Вселената беше признат.

В астрономията връзката между λ и vсе определя с друга формула

(3)

за отдалечаващ се източник на радиация.

За едно и също явление и едни и същи величини две формули установяват различна зависимост! За да разберем това, нека сравним резултатите, които тези формули дават за различни v. Ограничения за стойността на скоростта vне се изискват формули. За удобство обозначаваме дължините на вълните λ 3и λ2според обозначението на формулите (3) и ( 2 ), в които са включени. При v=0 :

При 0< v< с сравни разделението:

Ако v„С, след това и λ 3 ≈ λ 2 .При тези две условия резултатите практически не си противоречат.

Когато v = c; λ 2 се обръща към безкрайност, докато формула (1) дава . Оказва се, че светлинната вълна от източника до приемника не стига, тя е със скорост сще се движи от източника към приемника и заедно с източника ще се отдалечава от него със същата скорост c - c = 0.

Третото сравнение изисква от нас да заключим коя формула правилно отразява реалността. Произход на формулата (2) обсъдени в началото на статията. Сега да видим как се получава формулата (3).

Ориз. четири.

Представете си, че източникът на светлина е заобиколен от среда, в която светлината се разпространява към приемника със скорост с. Източник на светлина в точка НОзапочна да излъчва вълна. Означено е времето на излъчване на една вълна T(месечен цикъл). От момента, в който вълната започне да се появява, тя започва да се движи към приемника в околната среда със скорост си за времето Tотдалечете се от точката НОот разстояние ул. Но през същото време източникът, движещ се от приемника, ще бъде в точката ОТ, преминавайки разстоянието AC =vTкъде ще бъде краят на вълната. Разстояние от ОТдо B и ще бъде дължината на вълната λ = cT +vT = (c +v)T

Ако източникът не се движи, тогава v = 0 и дължината на вълната ще бъде λ 0 = st.Разделяне λ върху λ 0 , получаваме:

В началото на статията разгледахме средата, която осигурява скоростта на светлината c, тя е свързана или с източник на светлина, или със светлинен приемник. Първият дава формули (1) и (2). Вероятността вторият, от далечен приемник на светлина, да е повлиял на скоростта на светлината повече от средата на източника на светлина, е незначителна. Остава среда, която не е свързана нито с източника, нито с приемника на светлината, която действа като въздух (вещество) върху разпространението на звука. Но отрицателният резултат от експериментите на Майкелсън за откриване на "ефирния вятър" доказа, че такава среда не съществува в природата. Остава да се направи предпочитание към формула (2). По-рано беше отбелязано, че когато светлинният източник се отстрани със скорост v = c, вълната няма да достигне приемника и сигналът няма да бъде получен.

Хъбъл въвежда закона, който носи неговото име [стр. 120]

v= HD,

където v е скоростта на отстраняване на източника на светлина, D е разстоянието между източника и приемника, H е коефициентът на пропорционалност, наречен константа на Хъбъл.

1 Mpc = 10 6 pc; 1pc (парсек) = 3,26 светлинни години = 3. 10 13 км.

Намерете разстоянието, при което v = c: ;

де радиусът на сферата, която ограничава приемането на директно електромагнитно излъчване от просторите на Вселената. От зоните, съседни на тази сфера във вътрешната й част, електромагнитното излъчване може да идва само под формата на радиовълни. В природата няма приоритетна посока в разпределението на звездите, така че радиоизлъчването трябва да идва от всички страни равномерно.

Разгледайте случая, когато v>s.В този случай формулите (1) и (2) дават: и .

Това означава, че вълната трябва да идва от посока, противоположна на мястото, където се намира излъчвателят.

При v= 2sние имаме

Вълната ще дойде без "червено отместване". Границата на възможното приемане на електромагнитно излъчване, определена в статията, ще бъде правилна, ако законът на Хъбъл е правилен и "червеното изместване" е причинено единствено от отстраняването на излъчвателя. Ако се открият други фактори, които намаляват скоростта на светлината спрямо приемника (а те могат да бъдат), тогава границата на приемане на вълна може да бъде приблизително определена.

Нека сега се обърнем към формулите (1) и (2). В тях c-vе скоростта на светлината спрямо приемника, нека я обозначим c 1 \u003d c-vкъдето v=c-c 1.Във формули vпредставлява разликата в скоростите на светлината, независимо от природата на нейното възникване. Общоприето е, че това е резултат от премахването на източника на светлина. Но тази разлика в скоростта може да възникне и поради намаляването на скоростта на светлината с увеличаване на разстоянието. Светлината е поток от енергийни кванти и е възможно тяхната скорост да намалее.

Да приемем, че скоростта на светлината намалява с увеличаване на разстоянието от светлинния източник, образно казано „светлината остарява“.

Известно е, че скоростта на светлината намалява при преминаване от оптически по-малко плътна среда към по-плътна. Това се дължи на факта, че условията за преминаване на светлината се променят. Намаляването на скоростта се характеризира с индекса на пречупване н;, където се скоростта на светлината във вакуум a от 1- скорост в друга среда.

Ако по предположение скоростта на светлината намалява с увеличаване на разстоянието от източника на светлина, тогава се променят и условията за нейното преминаване, което също може да се характеризира с индекса на пречупване н.Получаваме, че намалената скорост на светлината ще бъде .

В статията "Експериментът на Физо" (j. "Съвременни високи технологии" № 2, 2007) за определяне на скоростта на светлината в движеща се среда, индексът на пречупване не използван във формата , където частта от индикатора, определена от излъчващия атом, и се определя от условията на преминаване на светлината в средата.

Нека приложим това представяне на индекса на пречупване и за вакуум. Ако приемем предположението, че скоростта на светлината намалява във вакуум, а вакуумът е хомогенна среда, тогава намаляването на скоростта на светлината трябва да зависи само от разстоянието и пропорционално на него. Следователно може да се пише къде д- разстояние до източника на светлина, μ - коефициентът на пропорционалност е постоянна величина. Скоростта на получената светлина ще бъде

Разликата между началната и намалената скорост на светлината ще бъде

Ето връзката между намаляването на скоростта на светлината и разстоянието д. Връзката между тези количества също изразява закона на Хъбъл, където v- скоростта на отстраняване на звездата, която за светлоприемника е разликата c-c 1 .

Сравнете стойностите v, които дават тези две уравнения за граничните стойности на разстоянието Д.

Ако , тогава от първото уравнение получаваме: , н=1 (за малки разстояния) и . От закона на Хъбъл също получаваме .

Ако това съвпадение не е случайно, може да се приеме, че квантите на светлинната енергия са свързани с излъчвателя, това се посочва и от връзката на светлоносещата среда с източника на светлина.

За определяне на скоростта от 1, е необходимо да се вземе решение за нуравнението:

и чрез n намерете скоростта от 1.

За малки стойности на D може да се използва законът на Хъбъл.

В статията има явно противоречие. Въз основа на концепцията за разширяването на Вселената е направен извод за съществуването на граница за възможно приемане на електромагнитни вълни, а въз основа на естественото намаляване на скоростта на светлината такава граница няма. Оказва се, че откриването на такава граница ще бъде доказателство за разширяването на Вселената.

В статията без убедителни основания се приема и предположението за зависимостта на скоростта на светлината от разстоянията. Основанията за това предположение ще бъдат открити при разглеждане на процеса на излъчване на светлинни кванти от атом.

БИБЛИОГРАФИЯ:

Zisman G.A., Todes O.M., Курс по обща физика v.3. - М.: "Наука", 1972 г.
Воронцов - Веляминов Б.А. Астрономия 10. - М .: "Просвещение", 1983 г

Библиографска връзка

Юшкевич Р.С., Дегтярева Е.Р. ДОПЛЕРОВ ЕФЕКТ И СКОРОСТ НА СВЕТЛИНАТА // Фундаментални изследвания. - 2008. - № 3. - С. 17-24;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=2764 (дата на достъп: 04.03.2019 г.). Предлагаме на Вашето внимание списанията, издавани от издателство "Естествонаучна академия"