| Эффект Доплера Doppler effect Эффект Доплера
− изменение наблюдаемой частоты колебаний ν источника излучения при его
движении относительно наблюдателя. ν0 − частота излучения источника, ν − наблюдаемая частота
источника, c − скорость света в вакууме, v − скорость движения источника
относительно наблюдателя, α − угол между направлением скорости v в системе
отсчёта, связанной с наблюдателем и направлением линии наблюдения. См. также
|
Боттомоний
Чармоний
Наблюдаемая частота излучения ν уменьшается,
если источник удаляется от наблюдателя и увеличивается, если он приближается.Эффект Доплера | это.
.. Что такое Эффект Доплера?Источник волн перемещается налево. Тогда слева частота волн становится выше (больше), а справа — ниже (меньше), другими словами, если источник волн догоняет испускаемые им волны, то длина волны уменьшается. Если удаляется — длина волны увеличивается.
Эффе́кт До́плера — изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника.
Содержание
|
Сущность явления
Эффект Доплера легко наблюдать на практике, когда мимо наблюдателя проезжает машина с включённой сиреной. Предположим, сирена выдаёт какой-то определённый тон, и он не меняется.
Когда машина не движется относительно наблюдателя, тогда он слышит именно тот тон, который издаёт сирена. Но если машина будет приближаться к наблюдателю, то частота звуковых волн увеличится (а длина уменьшится), и наблюдатель услышит более высокий тон, чем на самом деле издаёт сирена. В тот момент, когда машина будет проезжать мимо наблюдателя, он услышит тот самый тон, который на самом деле издаёт сирена. А когда машина проедет дальше и будет уже отдаляться, а не приближаться, то наблюдатель услышит более низкий тон, вследствие меньшей частоты (и, соответственно, большей длины) звуковых волн.
Для волн (например, звука), распространяющихся в какой-либо среде, нужно принимать во внимание движение как источника, так и приёмника волн относительно этой среды. Для электромагнитных волн (например, света), для распространения которых не нужна никакая среда, в вакууме имеет значение только относительное движение источника и приёмника[1].
Эффект был впервые описан Кристианом Доплером в 1842 году.
Также важен случай, когда в среде движется заряженная частица с релятивистской скоростью. В этом случае в лабораторной системе регистрируется черенковское излучение, имеющее непосредственное отношение к эффекту Доплера.
Математическое описание
Если источник волн движется относительно среды, то расстояние между гребнями волн (длина волны) зависит от скорости и направления движения. Если источник движется по направлению к приёмнику, то есть догоняет испускаемую им волну, то длина волны уменьшается, если удаляется — длина волны увеличивается:
| , |
где — частота, с которой источник испускает волны, — скорость распространения волн в среде, — скорость источника волн относительно среды (положительная, если источник приближается к приёмнику и отрицательная, если удаляется).
Частота, регистрируемая неподвижным приёмником
| . | (1) |
Аналогично, если приёмник движется навстречу волнам, он регистрирует их гребни чаще и наоборот.
Для неподвижного источника и движущегося приёмника
| , | (2) |
где — скорость приёмника относительно среды (положительная, если он движется по направлению к источнику).
Подставив вместо в формуле (2) значение частоты из формулы (1), получим формулу для общего случая:
| . | (3) |
Релятивистский эффект Доплера
В случае распространения электромагнитных волн (или других безмассовых частиц) в вакууме, формулу для частоты выводят из уравнений специальной теории относительности. Так как для распространения электромагнитных волн не требуется материальная среда, можно рассматривать только относительную скорость источника и наблюдателя[2][3].
где — скорость света, — скорость источника относительно приёмника (наблюдателя), — угол между направлением на источник и вектором скорости в системе отсчёта приёмника. Если источник радиально удаляется от наблюдателя, то , если приближается — [4].
Релятивистский эффект Доплера обусловлен двумя причинами:
- классический аналог изменения частоты при относительном движении источника и приёмника;
- релятивистское замедление времени.
Последний фактор приводит к поперечному эффекту Доплера, когда угол между волновым вектором и скоростью источника равен . В этом случае изменение частоты является чисто релятивистским эффектом, не имеющим классического аналога.
Как наблюдать эффект Доплера
Не меняющий своего местоположения микрофон записывает звук, издаваемый сиренами двух движущихся влево полицейских машин. Снизу можно видеть частоту каждого из двух звуков, принимаемую микрофоном.
Поскольку явление характерно для любых волн и потоков частиц, то его очень легко наблюдать для звука. Частота звуковых колебаний воспринимается на слух как высота звука. Надо дождаться ситуации, когда быстро движущийся автомобиль или поезд будет проезжать мимо вас, издавая звук, например, сирену или просто звуковой сигнал.
Вы услышите, что когда автомобиль будет приближаться к вам, высота звука будет выше, потом, когда автомобиль поравняется с вами, резко понизится и далее, при удалении, автомобиль будет сигналить на более низкой ноте.
Применение
- Доплеровский радар – радар, который измеряет изменение частоты сигнала, отражённого от объекта. По изменению частоты вычисляется радиальная составляющая скорости объекта (проекция скорости на прямую, проходящую через объект и радар). Доплеровские радары могут применяться в самых разных областях: для определения скорости летательных аппаратов, кораблей, автомобилей, гидрометеоров (например, облаков), морских и речных течений, а также других объектов.
Доказательство вращения Земли вокруг Солнца с помощью эффекта Доплера.
- Астрономия
- По смещению линий спектра определяют лучевую скорость движения звёзд, галактик и других небесных тел. С помощью эффекта Доплера по спектру небесных тел определяется их лучевая скорость.
Изменение длин волн световых колебаний приводит к тому, что все спектральные линии в спектре источника смещаются в сторону длинных волн, если лучевая скорость его направлена от наблюдателя (красное смещение), и в сторону коротких, если направление лучевой скорости — к наблюдателю (фиолетовое смещение). Если скорость источника мала по сравнению со скоростью света (300 000 км/с), то лучевая скорость равна скорости света, умноженной на изменение длины волны любой спектральной линии и делённой на длину волны этой же линии в неподвижном источнике. - По увеличению ширины линий спектра определяют температуру звёзд
- По смещению линий спектра определяют лучевую скорость движения звёзд, галактик и других небесных тел. С помощью эффекта Доплера по спектру небесных тел определяется их лучевая скорость.
- Неинвазивное измерение скорости потока. С помощью эффекта Доплера измеряют скорость потока жидкостей и газов. Преимущество этого метода заключается в том, что не требуется помещать датчики непосредственно в поток. Скорость определяется по рассеянию ультразвука на неоднородностях среды (частицах взвеси, каплях жидкости, не смешивающихся с основным потоком, пузырьках газа).
- Охранные сигнализации. Для обнаружения движущихся объектов
- Определение координат. В спутниковой системе Коспас-Сарсат координаты аварийного передатчика на земле определяются спутником по принятому от него радиосигналу, используя эффект Доплера.
Изменение длин волн световых колебаний приводит к тому, что все спектральные линии в спектре источника смещаются в сторону длинных волн, если лучевая скорость его направлена от наблюдателя (красное смещение), и в сторону коротких, если направление лучевой скорости — к наблюдателю (фиолетовое смещение). Если скорость источника мала по сравнению со скоростью света (300 000 км/с), то лучевая скорость равна скорости света, умноженной на изменение длины волны любой спектральной линии и делённой на длину волны этой же линии в неподвижном источнике.
Искусство и культура
- В 6-ой серии 1-го сезона американского комедийного телесериала «The Big Bang Theory» доктор Шелдон Купер идёт на Хэллоуин, для которого надел костюм, символизирующий эффект Доплера. Однако все присутствующие (кроме друзей) думают, что он — зебра.
Примечания
- ↑ При распространении света в среде, его скорость зависит от скорости движения этой среды. См. опыт Физо.
- ↑ Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Теория поля. — Издание 7-е, исправленное. — М.: Наука, 1988. — С. 158-159. — («Теоретическая физика», том II). — ISBN 5-02-014420-7
- ↑ Эффект Доплера в теории относительности
- ↑ Горохов А.В. Релятивистский эффект Доплера. . Архивировано из первоисточника 23 августа 2011.
. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011.См. также
- Эффект Черенкова
- Доплеровский измеритель
- Метод Доплера
- Допплерография
- Красное смещение
Ссылки
- Применение эффекта Доплера для измерения течений в океане
Что такое эффект Доплера? Определение эффекта Доплера, Значение эффекта Доплера
Что такое эффект Доплера? Определение эффекта Доплера, значение эффекта Доплера — The Economic TimesВозврат через 5 лет
12,36 %
Инвестировать сейчас
ИЗБРАННЫЕ ФОНДЫ
★★★★★
DSP nifty 50 Index Fund Обычный – рост
3y return
14,69 %
Инвестиции сейчас
Поиск
+
Business News ›Определения› Космические технологии ›Эффект Doppler
Предложите новое определение
. Определения. будет рассматриваться на предмет включения в Economictimes.com
Космические технологии
ПРЕДЫДУЩЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ
СЛЕДУЮЩЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Определение: Эффект Доплера относится к изменению частоты волны во время относительного движения между источником волны и его наблюдателем.
Он был открыт Христианом Иоганном Допплером, который описал его как процесс увеличения или уменьшения звездного света, который зависит от относительного движения звезды.
Описание: Эффект Доплера действует как на световые, так и на звуковые объекты. Например, когда звуковой объект движется к вам, частота звуковых волн увеличивается, что приводит к более высокому тону. И наоборот, если он удаляется от вас, частота звуковых волн уменьшается, а высота тона снижается. Падение тона сирен скорой помощи, когда они проезжают мимо, и смещение красного света являются типичными примерами эффекта Доплера.
Эдвин Хаббл сделал открытие, что Вселенная расширяется в результате эффекта Доплера. Он имеет важные приложения в области астрономии и космических технологий.
Использование эффекта Доплера в астрономии по отношению к световым волнам зависит от того факта, что спектры звезд непостоянны. Различные звезды демонстрируют разные линии поглощения на определенных частотах, но эффект Доплера можно идентифицировать только тогда, когда эти линии поглощения находятся вдали от этих определенных частот.
Существуют различные приложения эффекта Доплера. Используется в:
1. Сирены
2. Астрономия
3. Радары
4. Медицинская визуализация и управление кровотоком
5. Управление потоком
6. Управление профилем скорости
7. Спутниковая связь
8. Аудио
9. Измерение вибрации
Подробнее Новости о
- ЭФФЕКТ ДОППЛЕРА STARLIGHTEDWIN HUBBLEWAVE FREQUENCY
Предыдущее определение
Следующее определение
Связанные новости
- ДОПЛЕРС погода путем ручного визуального наблюдения», — по иронии судьбы записала CAG всего за страницу до начала аудиторского анализа сделки с Rafale.
Trending Definitions Долговые фонды Ставка репоВзаимный фондВаловой внутренний продуктИнтеллектуальный анализ данныхРекламаПродуктМонополияКриптографияАмортизация
Что такое эффект Доплера?
Эффект Доплера, или доплеровский сдвиг, возникает, когда движение наблюдателя относительно источника (или наоборот) вызывает изменение длины волны или частоты.
Открытое австрийским физиком Кристианом Допплером в 1842 году, это явление проявляется по-разному, например, когда мимо вас проезжает машина скорой помощи, и вы слышите слышимое изменение высоты тона. С помощью программного обеспечения COMSOL Multiphysics® вы можете моделировать эффект Доплера для акустических приложений.
Первоначальная версия этого поста была написана Александрой Фоули и опубликована 15 июля 2013 г. С тех пор он был исправлен с добавлением дополнительных деталей, анимации и обновленной версии представленной модели.
Эффект Доплера, объяснение
Одним из наиболее распространенных способов проявления эффекта Доплера в действии является изменение высоты тона, вызванное либо движущимся источником звука вокруг неподвижного наблюдателя, либо движущимся наблюдателем вокруг неподвижного источника звука. Когда источник звука неподвижен, звук, который мы слышим, имеет ту же высоту тона, что и звук, излучаемый источником звука.
Звуковые волны, распространяющиеся от стационарного источника звука в однородном потоке (это соответствует источнику, движущемуся с постоянной скоростью).
Когда источник звука перемещается, звук, который мы воспринимаем, меняется. Возвращаясь к примеру со скорой помощью, когда машина скорой помощи проезжает мимо нас, сирена звучит иначе, чем если бы мы стояли прямо рядом с ней. У движущейся машины скорой помощи разный тон по мере приближения, когда она находится ближе всего к нам, а также когда она проезжает мимо нас и уезжает.
Когда машина скорой помощи движется к нам, каждая последующая звуковая волна излучается с более близкого расстояния, чем предыдущая волна. Из-за этого изменения положения каждой звуковой волне требуется меньше времени, чтобы достичь нас, чем предыдущей. Таким образом, расстояние между гребнями волн (длина волны) уменьшается, а это означает, что воспринимаемая частота волны увеличивается, а звук воспринимается как более высокий. И наоборот, по мере удаления источника звука волны излучаются от источника, который находится все дальше и дальше. Это создает увеличенную длину волны, уменьшенную воспринимаемую частоту и более низкий тон.
Ситуация повторяется, когда мы проезжаем мимо сирены припаркованной машины скорой помощи. В этом случае наблюдатели (мы) движутся к источнику (сирене), и звуковые волны достигают нас все ближе и ближе по мере нашего движения.
Визуализация еще одного примера эффекта Доплера
Другой пример эффекта Доплера, который легко визуализировать, включает волны на поверхности воды. Например, жук отдыхает на поверхности лужи. Когда жук неподвижен, он двигает ногами, чтобы оставаться на плаву. Эти возмущения распространяются наружу от жука сферическими волнами.
Когда жук начинает двигаться по воде, поток воды вокруг жука меняется. Волны кажутся ближе друг к другу, когда мы смотрим на жука, плывущего к нам (эй!) и дальше друг от друга, когда он уплывает (фу!) Анимация выше показывает принцип волн (рябь) на воде, которые движутся намного медленнее, чем скорость звука. Меньшая скорость — вот почему в данном случае эффект Доплера можно увидеть невооруженным глазом.
Моделирование эффекта Доплера
С помощью программного обеспечения COMSOL Multiphysics® и дополнительного модуля Акустика можно моделировать эффект Доплера и измерять изменение частоты источника, движущегося с определенной скоростью.
Предположим, что воздух, окружающий источник звука (в данном случае машину скорой помощи), движется со скоростью V = 50 м/с в отрицательных z направление. Мы также предполагаем, что наблюдатель звука стоит в 1 м от машины скорой помощи, когда она проезжает мимо. На рисунке ниже мы можем видеть изменение давления по мере того, как машина скорой помощи приближается и проезжает мимо наблюдателя.
На этом графике расстояние от машины скорой помощи до наблюдателя представлено по оси x . Сплошная линия представляет давление, воспринимаемое наблюдателем приближающейся машины скорой помощи, а пунктирная линия показывает давление по мере удаления машины скорой помощи.
Из этого графика видно, как амплитуда волны (или давления) падает быстрее, когда машина скорой помощи удаляется от наблюдателя, чем когда она приближается. Изменение амплитуды волны показывает, как сирена становится тише по мере удаления машины скорой помощи. Скорость, с которой уровень звука уменьшается по мере удаления машины скорой помощи, намного выше, чем скорость, с которой звук становится громче по мере приближения машины скорой помощи (как показано на графике выше).
Чтобы посмотреть на этот эффект по-другому, мы можем визуализировать уровень звукового давления вокруг источника звука (помните, что источник фактически движется в положительном направлении z ).
Уровень звукового давления вокруг источника звука представлен цветами и контурными линиями. Вы можете видеть, как самый внешний контур проходит из глубины физического домена к идеально согласованному слою, показывая, что звук сильнее ниже источника, чем над ним.
Другие примеры эффекта Доплера
Эффект Доплера проявляется во многих других явлениях. Одним из распространенных примеров является доплеровский радар, в котором луч радара направляется на движущуюся цель. Время, которое требуется лучу, чтобы отразиться от цели и вернуться к передатчику, может предоставить информацию о скорости цели. Доплеровский радар используется полицией для выявления людей, движущихся со скоростью, превышающей разрешенную.
Эффект Доплера также используется в астрономии для определения направления и скорости движения звезды, планеты или галактики относительно Земли.