Hiệu ứng Doppler cho sóng âm thanh. Hiệu ứng Doppler cho sóng điện từ

Nếu nguồn sóng đang chuyển động so với môi trường thì khoảng cách giữa các đỉnh sóng (bước sóng) phụ thuộc vào tốc độ và hướng chuyển động. Nếu nguồn di chuyển về phía máy thu, bắt kịp với sóng do nó phát ra, thì bước sóng giảm. Nếu bỏ đi thì bước sóng tăng lên.

Tần số của sóng nói chung chỉ phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của máy thu.

Ngay sau khi sóng đi ra khỏi nguồn, tốc độ truyền của nó chỉ được xác định bởi các tính chất của môi trường mà nó truyền - nguồn của sóng không còn đóng vai trò gì nữa. Ví dụ, trên bề mặt nước, sóng, đã bị kích thích, chỉ truyền thêm do tương tác của lực áp suất, sức căng bề mặt và lực hấp dẫn. Sóng âm lan truyền trong không khí (và các phương tiện dẫn âm khác) do sự truyền có hướng của sự giảm áp suất. Và không có cơ chế truyền sóng nào phụ thuộc vào nguồn sóng. Do đó và hiệu ứng Doppler.

Để dễ hiểu hơn, hãy xem xét một ví dụ về một chiếc ô tô có còi báo động.

Hãy bắt đầu với chiếc xe đang được đậu. Âm thanh từ còi báo động truyền đến chúng ta do màng đàn hồi bên trong nó tác động định kỳ lên không khí, tạo ra sức nén trong đó - những vùng bị tăng áp suất - xen kẽ với sự phóng điện. Các đỉnh nén - "đỉnh" của sóng âm - lan truyền trong môi trường (không khí) cho đến khi chúng đến tai chúng ta và ảnh hưởng đến màng nhĩ. Vì vậy, trong khi xe đang đứng, chúng ta vẫn sẽ nghe thấy âm thanh không thay đổi của tín hiệu.

Nhưng ngay sau khi chiếc xe bắt đầu di chuyển theo hướng của bạn, một chiếc mới sẽ được thêm vào. Hiệu ứng. Trong khoảng thời gian từ lúc phát ra đỉnh sóng này đến lúc ô tô đi được một quãng đường về phía bạn. Do đó, nguồn của mỗi đỉnh tiếp theo của sóng sẽ gần hơn. Do đó, sóng sẽ đến tai bạn thường xuyên hơn so với khi xe đứng yên và cường độ âm thanh bạn cảm nhận được sẽ tăng lên. Ngược lại, nếu xe có còi lái ngược chiều, các đỉnh của sóng âm sẽ ít đến tai bạn hơn và tần số cảm nhận của âm thanh sẽ giảm.

Nó quan trọng trong thiên văn học, sonar và radar. Trong thiên văn học, sự dịch chuyển Doppler của một tần số nhất định của ánh sáng phát ra có thể được sử dụng để đánh giá tốc độ của một ngôi sao dọc theo đường quan sát của nó. Kết quả đáng ngạc nhiên nhất đến từ việc quan sát sự thay đổi Doppler trong tần số ánh sáng từ các thiên hà xa xôi: cái gọi là dịch chuyển đỏ chỉ ra rằng tất cả các thiên hà đang di chuyển ra xa chúng ta với tốc độ bằng khoảng một nửa tốc độ ánh sáng, tăng dần theo khoảng cách. Câu hỏi về việc liệu Vũ trụ đang giãn nở theo cách tương tự hay dịch chuyển đỏ là do một nguyên nhân nào khác, chứ không phải sự "rút lui" của các thiên hà, vẫn còn bỏ ngỏ.

Trong công thức chúng tôi đã sử dụng

Khách quan:

Khảo sát sự phụ thuộc của sự dịch chuyển tần số Doppler vào tần số của nguồn âm và tốc độ của bề mặt phản xạ.

Dụng cụ và phụ kiện:

Máy phát âm thanh (GZ-44).

Máy phát âm thanh trường học (GZSH-63).

Máy hiện sóng S-11 (138049).

Nguồn hiện tại IPPP-2.

Bộ điều chỉnh điện áp (RNSH).

Bộ phát tần số cao (2GD-36, công suất 1-2W)

Hiệu ứng Doppler kép.

Năm 1842 K. Doppler (nhà vật lý và thiên văn học người Áo) nhận thấy rằng tần số của âm thanh cảm nhận được phụ thuộc cả vào tốc độ của nguồn (so với môi trường) và tốc độ của người quan sát: nó cao hơn tần số nguồn 0 nếu người quan sát và nguồn đang đến gần và thấp hơn 0 nếu chúng bị loại bỏ. Đây là hiệu ứng Doppler.

Với sự chuyển động đồng thời của nguồn âm và máy thu, tần số do máy thu cố định , được xác định theo công thức:

(1)

ở đâu là tốc độ của âm thanh trong môi trường,

- tốc độ của máy thu và nguồn,

,
là các góc tạo bởi vectơ vận tốc của nguồn và máy thu với vectơ nối giữa máy thu và nguồn.

Nếu nguồn và quan sát di chuyển dọc theo đường thẳng nối chúng thì cos
và công thức 1 có dạng:

(2)

Các dấu hiệu phía trên trong công thức (1) và (2) được sử dụng khi máy thu và nguồn đang đến gần, các dấu hiệu phía dưới đang di chuyển ra xa.

Một biến thể của hiệu ứng Doppler là cái gọi là hiệu ứng Doppler kép - sự thay đổi tần số của sóng khi chúng bị phản xạ từ các vật thể chuyển động, vì đối tượng phản xạ có thể được coi là máy thu và sau đó là máy phát lại sóng .

Hãy để chúng tôi xác định tần số của sự dịch chuyển Doppler khi máy thu (micrô - mcr Hình 1) và máy phát (radi) ở trạng thái nghỉ và tấm phản xạ âm thanh (pl) di chuyển với tốc độ
(cách tiếp cận; cos
một). Ở giai đoạn đầu, tấm đóng vai trò là vật thu chuyển động với vận tốc (
) pr, và nguồn âm thanh ở trạng thái nghỉ (
). Sử dụng công thức (2), ta thu được tần số của sóng rơi trên tấm (
) vân vân

) pr =
(3)

Ở giai đoạn thứ hai, tấm phản ánh nhận được (
) sóng pr và là nguồn âm thanh chuyển động với tốc độ về phía micrô.

Tần số sóng (
) được cố định bởi micrô, theo công thức (2)

(4)

Thay công thức (3) vào (4) ta được

(5)

Bây giờ chúng ta hãy xác định tần số đã thay đổi bao nhiêu (dịch chuyển tần số Doppler).

Nếu sóng tới trên tấm và phản xạ từ tấm chồng lên nhau (như trong trường hợp đã xét), thì sẽ quan sát thấy sự chồng chất của các sóng, tần số của chúng khác nhau một chút, và điều này dẫn đến sự xuất hiện của nhịp đập. Tần số nhịp bằng hiệu giữa tần số của sóng tới và sóng phản xạ (
). Cái đó. bằng cách xác định tần số nhịp do micrô ghi lại và biết tốc độ của tấm phản xạ, có thể xác định được cả sự dịch chuyển tần số Doppler và tần số của sóng âm do tấm chuyển động phản xạ và micrô thu được.

(6)

Thiết lập thử nghiệm.

Sơ đồ bố trí thí nghiệm được trình bày trong Hình 2. Nguồn âm là một máy phát tần số cao 1, biến các dao động điện do máy phát âm 2 tạo ra thành sóng âm. Âm thanh được phản xạ từ các tấm 3, được gắn trên bệ quay 4. Tốc độ quay của bệ có thể thay đổi trong một phạm vi rộng bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho cuộn dây động cơ 5 từ bộ điều chỉnh điện áp 6 (RNSH , 0-60V).

Micrô 7, nằm bên cạnh bộ phát, nhận sóng âm trực tiếp từ bộ phát với tần số và sóng phản xạ từ các tấm 3. Tín hiệu đi vào micrô được khuếch đại (nguồn DC). Hơn nữa, tín hiệu âm thanh phản xạ từ các tấm quay chạm vào micrô chỉ trong khoảng thời gian ngắn (so với khoảng thời gian quay của nền tảng) tương ứng với một vị trí tương đối nhất định của các tấm, bộ phát và micrô.

Một miếng đệm nỉ 9 được lắp đặt giữa bộ phát và micrô để giảm sức mạnh của âm thanh trực tiếp đi vào micrô trực tiếp từ bộ phát.

Micrô được kết nối với một máy hiện sóng 10. Tốc độ của các tấm nhỏ, do đó sự dịch chuyển tần số Doppler tần suất ít hơn nhiều . Trên màn hình máy hiện sóng có dạng nhịp xuất hiện tuần hoàn với tần số

, là kết quả của việc cộng hai sóng âm thanh vào micrô tại một số thời điểm nhất định.

Tốc độ hội tụ của các tấm và loa

trong đó R là khoảng cách từ trục quay đến giữa các tấm,

- tần số quay của các tấm.

Đang hoàn thành công việc.

CHÚ Ý: Chỉ được nối các thiết bị vào mạng điện sau khi giáo viên đã kiểm tra mạch điện.

Được biết, khi một tàu điện chuyển động nhanh đến gần một quan sát viên đứng yên thì tín hiệu âm thanh của nó có vẻ cao hơn, và khi di chuyển ra xa người quan sát, âm thanh phát ra thấp hơn tín hiệu của cùng một tàu điện nhưng đứng yên.

hiệu ứng Doppler được gọi là sự thay đổi tần số của sóng mà máy thu ghi được, xảy ra do sự chuyển động của nguồn sóng và máy thu.

Nguồn, chuyển động về phía máy thu, dường như nén một lò xo - một sóng (Hình 5.6).

Hiệu ứng này được quan sát thấy trong quá trình truyền sóng âm (hiệu ứng âm thanh) và sóng điện từ (hiệu ứng quang học).

Hãy xem xét một số trường hợp biểu hiện hiệu ứng Doppler âm thanh .

Để máy thu sóng âm P trong môi trường khí (hoặc lỏng) đứng yên so với nó, và nguồn Và chuyển động ra xa máy thu với tốc độ dọc theo đường thẳng nối chúng (Hình 5.7, một).

Nguồn được dịch chuyển trong môi trường một thời gian bằng chu kỳ dao động của nó một khoảng thì tần số dao động của nguồn là bao nhiêu.

Do đó, khi nguồn chuyển động, bước sóng trong môi trường khác với giá trị của nó khi nguồn đứng yên là:

vận tốc pha của sóng trong môi trường là ở đâu.

Tần số của sóng mà máy thu ghi lại,

(5.7.1)

Nếu vectơ vận tốc của nguồn hướng một góc tùy ý vào vectơ bán kính nối máy thu cố định với nguồn (Hình 5.7, b), sau đó

(5.7.2)

Nếu nguồn đứng yên và máy thu tiếp cận nó với tốc độ dọc theo đường thẳng nối chúng (Hình 5.7, Trong), sau đó là bước sóng trong môi trường. Tuy nhiên, tốc độ truyền của sóng so với máy thu là, do đó tần số của sóng mà máy thu ghi được là

(5.7.3)

Trong trường hợp khi tốc độ hướng theo một góc tùy ý vào vectơ bán kính nối máy thu chuyển động với nguồn đứng yên (Hình 5.7, G), chúng ta có:

Công thức này cũng có thể được biểu diễn dưới dạng (nếu)

(5.7.6)

vận tốc của nguồn sóng so với máy thu là ở đâu, và là góc giữa các vectơ và. Giá trị bằng hình chiếu lên phương được gọi là vận tốc hướng tâm của nguồn.

Hiệu ứng Doppler quang học

Khi nguồn và máy thu sóng điện từ chuyển động tương đối với nhau thì cũng có hiệu ứng Doppler , I E. thay đổi tần số sóng do người nhận đăng ký. Trái ngược với hiệu ứng Doppler mà chúng ta đã xem xét trong âm học, các quy luật của hiện tượng này đối với sóng điện từ chỉ có thể được thiết lập trên cơ sở của thuyết tương đối hẹp.

Mối quan hệ mô tả hiệu ứng Doppler vì sóng điện từ trong chân không, có tính đến các phép biến đổi Lorentz, có dạng:

(5.7.7)

Ở tốc độ thấp của nguồn sóng so với máy thu, công thức tương đối tính của hiệu ứng Doppler (5.7.7) trùng với công thức cổ điển (5.7.2).

Nếu nguồn di chuyển so với máy thu dọc theo đường thẳng nối chúng, thì hiệu ứng Doppler dọc .

Trong trường hợp hội tụ nguồn và đích ()

(5.7.8)

và trong trường hợp họ loại bỏ lẫn nhau ()

(5.7.9)

Ngoài ra, lý thuyết tương đối tính của hiệu ứng Doppler ngụ ý về sự tồn tại hiệu ứng Doppler ngang được quan sát tại và, tức là trong trường hợp nguồn chuyển động vuông góc với đường quan sát (ví dụ nguồn chuyển động theo đường tròn, máy thu nằm ở tâm):

(5.7.10)

Hiệu ứng Doppler ngang không thể giải thích được trong vật lý cổ điển. Nó đại diện cho một hiệu ứng tương đối thuần túy.

Như có thể thấy từ công thức (5.7.10), hiệu ứng ngang tỷ lệ với tỷ lệ, do đó nó yếu hơn nhiều so với hiệu ứng dọc tỷ lệ với (5.7.9).

Trong trường hợp chung, vectơ vận tốc tương đối có thể được phân tách thành các thành phần: một cung cấp hiệu ứng dọc, còn lại - một tác động ngang.

Sự tồn tại của hiệu ứng Doppler ngang trực tiếp xuất phát từ sự giãn nở của thời gian trong các hệ quy chiếu chuyển động.

Việc xác minh thực nghiệm đầu tiên về sự tồn tại của hiệu ứng Doppler và tính đúng đắn của công thức tương đối tính (5.7.7) được thực hiện bởi các nhà vật lý người Mỹ G. Ives và D. Stilwell vào những năm 1930. Sử dụng máy quang phổ, họ nghiên cứu bức xạ của các nguyên tử hydro được gia tốc với vận tốc m / s. Năm 1938, kết quả được công bố. Tóm tắt: hiệu ứng Doppler ngang được quan sát thấy hoàn toàn phù hợp với các phép biến đổi tần số tương đối tính (phổ bức xạ của nguyên tử bị dịch chuyển sang vùng tần số thấp); kết luận về sự giãn nở thời gian trong hệ quy chiếu quán tính chuyển động được khẳng định.

Hiệu ứng Doppler đã được ứng dụng rộng rãi trong khoa học và công nghệ. Hiện tượng này đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong vật lý thiên văn. Dựa trên sự dịch chuyển Doppler của các vạch hấp thụ trong quang phổ của các ngôi sao và tinh vân, có thể xác định vận tốc hướng tâm của các vật thể này đối với Trái đất: theo công thức (5.7.6)

(5.7.11)

Nhà thiên văn học người Mỹ E. Hubble đã phát hiện ra vào năm 1929 một hiện tượng được gọi là dịch chuyển đỏ vũ trụ và bao gồm thực tế là các vạch trong quang phổ phát xạ của các vật thể ngoài thiên hà bị dịch chuyển về phía tần số thấp hơn (bước sóng dài hơn). Hóa ra là đối với mỗi đối tượng, sự dịch chuyển tần số tương đối (là tần số vạch trong quang phổ của một nguồn tĩnh, là tần số quan sát được) là hoàn toàn giống nhau đối với tất cả các tần số. Dịch chuyển đỏ vũ trụ không là gì khác ngoài hiệu ứng Doppler. Nó chỉ ra rằng Metagalaxy đang mở rộng, do đó các vật thể ngoài thiên hà đang di chuyển ra khỏi Thiên hà của chúng ta.

Metagalaxy được hiểu là tổng thể của tất cả các hệ sao. Trong kính thiên văn hiện đại, người ta có thể quan sát một phần của Metagalaxy, bán kính quang học của nó bằng . Về mặt lý thuyết, sự tồn tại của hiện tượng này đã được nhà khoa học Liên Xô A.A. dự đoán về mặt lý thuyết vào năm 1922. Friedman dựa trên sự phát triển của thuyết tương đối rộng.

Hubble đã thiết lập luật dịch chuyển đỏ tương đối của các thiên hà tăng tương ứng với khoảng cách của chúng .

Luật Hubble có thể được viết dưới dạng

(5.7.12)

ở đâu H là hằng số Hubble. Theo ước tính mới nhất, được thực hiện vào năm 2003 ,. (1 pc (parsec) là khoảng cách mà ánh sáng truyền trong chân không trong 3,27 năm ( )).

Năm 1990, Kính viễn vọng Không gian Hubble được phóng lên Tàu con thoi Discovery (Hình 5.8).


Cơm. 5,8	Cơm. 5.9

Các nhà thiên văn từ lâu đã mơ về một kính viễn vọng hoạt động trong phạm vi nhìn thấy được, nhưng lại ở bên ngoài bầu khí quyển của trái đất, điều này gây cản trở rất nhiều cho việc quan sát. "Hubble" không những không đánh lừa những hy vọng được đặt vào nó, mà thậm chí còn vượt xa gần như tất cả những kỳ vọng. Ông đã mở rộng “tầm nhìn” của nhân loại một cách kỳ diệu, nhìn vào những chiều sâu không thể tưởng tượng được của vũ trụ. Trong quá trình hoạt động, kính viễn vọng không gian đã truyền 700 nghìn bức ảnh tuyệt đẹp về trái đất (Hình 5.9). Đặc biệt, ông đã giúp các nhà thiên văn học xác định tuổi chính xác của Vũ trụ chúng ta - 13,7 tỷ năm; đã giúp xác nhận sự tồn tại của một dạng năng lượng kỳ lạ nhưng mạnh mẽ trong vũ trụ - năng lượng tối; đã chứng minh sự tồn tại của các lỗ đen siêu lớn; đã chụp ảnh rõ ràng một cách đáng kinh ngạc về sự rơi của một sao chổi trên Sao Mộc; cho thấy rằng quá trình hình thành các hệ hành tinh diễn ra phổ biến trong Thiên hà của chúng ta; đã phát hiện ra các tiền thiên hà nhỏ bằng cách ghi lại bức xạ do chúng phát ra khi tuổi của Vũ trụ dưới 1 tỷ năm.

Các phương pháp laser radar để đo vận tốc của các vật thể khác nhau trên Trái đất (ví dụ: ô tô, máy bay, v.v.) dựa trên hiệu ứng Doppler. Phương pháp đo gió bằng laser là một phương pháp không thể thiếu để nghiên cứu dòng chảy của chất lỏng hoặc chất khí. Chuyển động nhiệt hỗn loạn của các nguyên tử của vật thể phát sáng cũng gây ra sự mở rộng các vạch trong quang phổ của nó, điều này tăng lên khi tốc độ chuyển động nhiệt tăng lên, tức là với sự tăng nhiệt độ của chất khí. Hiện tượng này có thể được sử dụng để xác định nhiệt độ của khí nóng.

Được đăng ký bởi người nhận, gây ra bởi sự chuyển động của nguồn của chúng và / hoặc sự chuyển động của người nhận. Trên thực tế có thể dễ dàng quan sát thấy xe ô tô đi ngang qua người quan sát có bật còi báo động. Giả sử còi báo động phát ra một giai điệu nhất định và nó không thay đổi. Khi ô tô không chuyển động so với người quan sát, thì người đó nghe thấy chính xác âm thanh mà còi báo động phát ra. Nhưng nếu chiếc xe đến gần người quan sát, thì tần số của sóng âm thanh sẽ tăng lên (và độ dài sẽ giảm), và người quan sát sẽ nghe thấy âm thanh cao hơn tiếng còi thực sự phát ra. Tại thời điểm đó, khi xe chạy ngang qua người quan sát sẽ nghe thấy chính âm thanh mà tiếng còi thực sự phát ra. Và khi chiếc xe đi xa hơn và sẽ di chuyển ra xa và không đến gần, người quan sát sẽ nghe thấy âm thanh thấp hơn, do tần số thấp hơn (và do đó, độ dài lớn hơn) của sóng âm thanh.

Đối với sóng lan truyền trong một số môi trường (ví dụ, âm thanh), người ta phải tính đến chuyển động của cả nguồn và máy thu sóng so với môi trường này. Đối với sóng điện từ (ví dụ, ánh sáng), để lan truyền mà không cần môi trường, chỉ có chuyển động tương đối của nguồn và máy thu.

Cũng quan trọng là trường hợp một hạt mang điện chuyển động trong môi trường với vận tốc tương đối tính. Trong trường hợp này, bức xạ Cherenkov được đăng ký trong hệ thống phòng thí nghiệm, có liên quan trực tiếp đến hiệu ứng Doppler.

ở đâu f 0 là tần số mà nguồn phát ra sóng, c là tốc độ truyền sóng trong môi trường, v- tốc độ của nguồn sóng so với môi trường (dương nếu nguồn đến gần máy thu và âm nếu nó đi ra xa).

Tần số được ghi lại bởi một máy thu cố định

u- tốc độ của máy thu so với môi trường (dương nếu nó chuyển động về phía nguồn).

Thay giá trị tần số từ công thức (1) vào công thức (2), chúng ta thu được công thức cho trường hợp tổng quát.

ở đâu Với- tốc độ ánh sáng, v- vận tốc tương đối của máy thu và nguồn (dương nếu chúng rời xa nhau).

Cách quan sát hiệu ứng Doppler

Vì hiện tượng này là đặc trưng của bất kỳ quá trình dao động nào, nên rất dễ quan sát nó để biết âm thanh. Tần số của dao động âm thanh được tai nhận biết như một cao độ âm thanh. Cần phải đợi tình huống có xe đang chạy nhanh vượt qua bạn, phát ra âm thanh, ví dụ như còi báo động hoặc chỉ là một tín hiệu âm thanh. Bạn sẽ nghe thấy rằng khi xe đến gần bạn, âm vực sẽ cao hơn, sau đó khi xe đến gần bạn, nó sẽ giảm mạnh và sau đó, khi di chuyển ra xa, xe sẽ bấm còi ở một nốt nhỏ hơn.

Đăng kí

radar doppler

Liên kết

Áp dụng hiệu ứng Doppler để đo dòng chảy trong đại dương

Quỹ Wikimedia. 2010.

Nguồn sóng dịch chuyển sang trái. Khi đó tần số của sóng trở nên cao hơn (nhiều hơn) ở bên trái, và thấp hơn (ít hơn) ở bên phải, nói cách khác, nếu nguồn sóng bắt kịp với sóng do nó phát ra, thì bước sóng sẽ giảm. Nếu bỏ đi thì bước sóng tăng lên.

hiệu ứng Doppler- sự thay đổi tần số và độ dài của sóng do máy thu ghi lại do sự chuyển động của nguồn và / hoặc chuyển động của máy thu.

Bản chất của hiện tượng

Hiệu ứng Doppler dễ dàng quan sát trong thực tế khi có xe chạy ngang qua người quan sát có bật còi báo động. Giả sử còi báo động phát ra một giai điệu nhất định và nó không thay đổi. Khi ô tô không chuyển động so với người quan sát, thì người đó nghe thấy chính xác âm thanh mà còi báo động phát ra. Nhưng nếu chiếc xe đến gần người quan sát, thì tần số của sóng âm thanh sẽ tăng lên (và độ dài sẽ giảm), và người quan sát sẽ nghe thấy âm thanh cao hơn tiếng còi thực sự phát ra. Tại thời điểm đó, khi xe chạy ngang qua người quan sát sẽ nghe thấy chính âm thanh mà tiếng còi thực sự phát ra. Và khi chiếc ô tô đi xa hơn và sẽ di chuyển ra xa, và không đến gần, người quan sát sẽ nghe thấy âm thanh thấp hơn, do tần số thấp hơn (và do đó, độ dài lớn hơn) của sóng âm thanh.

Mô tả toán học

Nếu nguồn sóng đang chuyển động so với môi trường thì khoảng cách giữa các đỉnh sóng (bước sóng) phụ thuộc vào tốc độ và hướng chuyển động. Nếu nguồn dịch chuyển về phía máy thu, bắt kịp với sóng mà nó phát ra thì bước sóng giảm, nếu dịch chuyển ra xa thì bước sóng tăng:

Trong đó là tần số mà nguồn phát ra sóng, là tốc độ truyền sóng trong môi trường, là tốc độ của nguồn sóng so với môi trường (dương nếu nguồn đến gần máy thu và âm nếu nó dịch chuyển ra xa).

Tần số được ghi lại bởi một máy thu cố định

Tốc độ của máy thu so với môi trường là bao nhiêu (dương nếu nó chuyển động về phía nguồn).

Thay vào công thức (2) giá trị tần số từ công thức (1), ta được công thức cho trường hợp chung:

trong đó là tốc độ ánh sáng, là tốc độ của nguồn so với máy thu (người quan sát), là góc giữa hướng tới nguồn và vectơ vận tốc trong hệ quy chiếu máy thu. Nếu nguồn đang chuyển động hướng tâm ra xa người quan sát, thì nếu nó đang tiến đến -.

Hiệu ứng Doppler tương đối tính là do hai lý do:

một tương tự cổ điển của sự thay đổi tần số với chuyển động tương đối của nguồn và máy thu;

Yếu tố thứ hai dẫn đến hiệu ứng Doppler ngang khi góc giữa vectơ sóng và vận tốc nguồn là. Trong trường hợp này, sự thay đổi tần số là một hiệu ứng tương đối thuần túy không có giá trị tương tự cổ điển.

Cách quan sát hiệu ứng Doppler

Vì hiện tượng này là đặc trưng của bất kỳ sóng và dòng hạt nào, nên rất dễ quan sát nó để tìm âm thanh. Tần số của dao động âm thanh được tai nhận biết như một cao độ âm thanh. Cần phải đợi tình huống có xe ô tô hoặc tàu hỏa chạy nhanh chạy ngang qua bạn, phát ra âm thanh, ví dụ như còi báo động hoặc chỉ là một tín hiệu âm thanh. Bạn sẽ nghe thấy rằng khi xe đến gần bạn, âm vực sẽ cao hơn, sau đó khi xe đến gần bạn, nó sẽ giảm mạnh và sau đó, khi di chuyển ra xa, xe sẽ bấm còi ở một nốt nhỏ hơn.

Đăng kí

Doppler radar là một radar đo sự thay đổi tần số của tín hiệu phản xạ từ một vật thể. Từ sự thay đổi tần số, người ta tính được thành phần hướng tâm của vận tốc của vật thể (hình chiếu của vận tốc lên đường thẳng đi qua vật thể và rađa). Các radar Doppler có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau: để xác định tốc độ của máy bay, tàu thủy, ô tô, thủy chuẩn kế (ví dụ như mây), dòng chảy sông biển, cũng như các vật thể khác.

Thiên văn học
- Bằng cách dịch chuyển các vạch của quang phổ, vận tốc hướng tâm của chuyển động của các ngôi sao, thiên hà và các thiên thể khác được xác định. Với sự trợ giúp của hiệu ứng Doppler, vận tốc xuyên tâm của chúng được xác định từ quang phổ của các thiên thể. Sự thay đổi bước sóng của dao động ánh sáng dẫn đến thực tế là tất cả các vạch quang phổ trong quang phổ của nguồn đều dịch chuyển về phía sóng dài, nếu vận tốc hướng tâm của nó hướng ra xa người quan sát (dịch chuyển đỏ) và hướng tới sóng ngắn, nếu hướng của vận tốc hướng tâm là về phía người quan sát (chuyển dịch màu tím). Nếu tốc độ nguồn nhỏ hơn tốc độ ánh sáng (300.000 km / s) thì vận tốc hướng tâm bằng tốc độ ánh sáng nhân với sự thay đổi bước sóng của một vạch quang phổ bất kỳ và chia cho bước sóng của vạch đó. trong một nguồn tĩnh.
- Bằng cách tăng chiều rộng của các vạch của quang phổ xác định nhiệt độ của các ngôi sao
Đo tốc độ dòng chảy không xâm lấn. Hiệu ứng Doppler đo vận tốc dòng chảy của chất lỏng và chất khí. Ưu điểm của phương pháp này là không cần đặt các cảm biến trực tiếp vào dòng chảy. Tốc độ được xác định bởi sự tán xạ của sóng siêu âm trên các tính không đồng nhất của môi trường (các hạt huyền phù, giọt chất lỏng không trộn lẫn với dòng chảy chính, bọt khí).
Báo động an ninh. Để phát hiện các đối tượng chuyển động
Xác định tọa độ. Trong hệ thống vệ tinh Cospas-Sarsat, tọa độ của máy phát khẩn cấp trên mặt đất được vệ tinh xác định từ tín hiệu vô tuyến nhận được từ nó, sử dụng hiệu ứng Doppler.

Nghệ thuật và văn hóa

Trong tập thứ 6 của mùa đầu tiên của loạt phim truyền hình hài hước của Mỹ The Big Bang Theory, Tiến sĩ Sheldon Cooper đi dự lễ Halloween, ông đã mặc một bộ trang phục tượng trưng cho hiệu ứng Doppler. Tuy nhiên, tất cả mọi người có mặt (trừ bạn bè) đều cho rằng anh ta là ngựa vằn.

Ghi chú

Xem thêm

Liên kết

Áp dụng hiệu ứng Doppler để đo dòng chảy trong đại dương

Quỹ Wikimedia. 2010.

Xem "Hiệu ứng Doppler" trong các từ điển khác là gì:

hiệu ứng Doppler- Hiệu ứng Doppler Sự thay đổi tần số xảy ra khi máy phát được dịch chuyển so với máy thu hoặc ngược lại. [L.M. Nevdyaev. Công nghệ viễn thông. Sách tham khảo từ điển giải thích Anh Nga. Biên tập bởi Yu.M. Gornostaev. Matxcova… Sổ tay phiên dịch kỹ thuật

hiệu ứng Doppler- Doplerio reiškinys statusas T s viêm fizika atitikmenys: engl. Hiệu ứng Doppler vok. Hiệu ứng Doppler, m rus. Hiệu ứng Doppler, m; Hiện tượng Doppler, n pranc. effet Doppler, m… Fizikos terminų žodynas

hiệu ứng Doppler- Doppler io efektas statusas T sitis automatika atitikmenys: engl. Hiệu ứng Doppler vok. Hiệu ứng Doppler, m rus. Hiệu ứng Doppler, m; Hiệu ứng Doppler, m pranc. effet Doppler, m ryšiai: sinonimas - Doplerio efektas… Automatikos terminų žodynas

hiệu ứng Doppler- Doplerio efektas statusas T sitis Energetika apibrėžtis Spinduliuotės stebimo bangos ilgio pasikeitimas, šaltiniui judant stebėtojo atžvilgiu. atitikmenys: engl. Hiệu ứng Doppler vok. Dopplereffekt, tôi rus. Hiệu ứng Doppler, m; Hiệu ứng Doppler, m… Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės koskos ga cuốių žodynas

hiệu ứng Doppler- Doplerio efektas statusas T s Viêm Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Matuojamosios spinduliuotės dažnio pokytis, atsirandantis dėl Relatyviojo judesio tarp pirminio ar antrinio šaltinio ir stebėtojo. atitikmenys: engl. Hiệu ứng Doppler vok… Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos ga cuốių žodynas