Yöneticiden gelen mesaj:

Çocuklar! Kim uzun zamandır İngilizce öğrenmek istiyor?
devam et ve iki ücretsiz ders al okulda İngilizce dili SkyEng!
Orada kendim okuyorum - çok havalı. İlerleme belirgindir.

Uygulamada kelime öğrenebilir, dinleme ve telaffuz pratiği yapabilirsiniz.

Dene. Bağlantımda ücretsiz iki ders!
Tıklayın

Dalga kaynağı ortama göre hareket ederse, dalga tepeleri arasındaki mesafe (dalga boyu) hareketin hızına ve yönüne bağlıdır. Kaynak alıcıya doğru hareket ederse yani yaydığı dalgayı yakalarsa dalga boyu azalır. Kaldırılırsa, dalga boyu artar.

dalga frekansı Genel görünüm, yalnızca alıcının ne kadar hızlı hareket ettiğine bağlıdır

Dalga kaynaktan çıkar çıkmaz, yayılma hızı yalnızca içinde yayıldığı ortamın özellikleri tarafından belirlenir, dalganın kaynağı artık herhangi bir rol oynamaz. Örneğin, suyun yüzeyinde, uyarılmış dalgalar, yalnızca basınç, yüzey gerilimi ve yerçekimi kuvvetlerinin etkileşimi nedeniyle yayılır. Akustik dalgalar, basınç farkının yönlü aktarımı nedeniyle havada (ve diğer ses ileten ortamlarda) yayılır. Ve dalga yayılma mekanizmalarının hiçbiri dalga kaynağına bağlı değildir. Bu nedenle ve Doppler etkisi.

Daha açık hale getirmek için, sirenli bir araba örneğini düşünün.

Başlangıç ​​için arabanın hareketsiz olduğunu varsayalım. Siren sesi bize ulaşır çünkü içindeki elastik zar periyodik olarak havayı etkiler ve içinde sıkıştırma oluşturur - alanlar yüksek tansiyon, - deşarjlarla dönüşümlü. Akustik bir dalganın “tepeleri” olan kompresyon zirveleri, kulaklarımıza ulaşana ve kulak zarlarına etki edene kadar ortam (hava) boyunca ilerler. Böylece, araba dururken, sinyalinin değişmeyen tonunu duymaya devam edeceğiz.

Ama araba senin yönüne doğru hareket etmeye başlar başlamaz bir yenisi eklenecek. Etki... Dalganın bir zirvesinin emisyon anından diğerine kadar geçen süre boyunca, araba size doğru belirli bir mesafe kat edecektir. Bu nedenle, dalganın her bir sonraki zirvesinin kaynağı daha yakın olacaktır. Sonuç olarak, dalgalar araba dururken olduğundan daha sık kulaklarınıza ulaşacak ve algıladığınız sesin perdesi artacaktır. Tersine, araç bip sesiyle ters yönde hareket ederse, akustik dalgaların tepe noktaları kulaklarınıza daha az ulaşacak ve sesin algılanan frekansı azalacaktır.

Astronomi, sonar ve radarda esastır. Astronomide, yayılan ışığın belirli bir frekansının Doppler kayması, bir yıldızın gözlem çizgisi boyunca hızını yargılamak için kullanılabilir. En şaşırtıcı sonuç, uzak galaksilerdeki ışık frekanslarındaki Doppler kaymasının gözlemlenmesidir: kırmızıya kayma olarak adlandırılan olay, tüm galaksilerin bizden ışık hızının yaklaşık yarısı kadar hızlarda uzaklaştığını ve mesafeyle birlikte arttığını gösterir. Evrenin bu şekilde mi genişlediği veya kırmızıya kaymanın galaksilerin "saçılmasından" başka bir şeyden mi kaynaklandığı sorusu açık kalıyor.

Doppler etkisi, bu dalgaların kaynağının gözlemciye göre hareketine bağlı olarak dalgaların frekansını değiştiren fiziksel bir olgudur. Kaynak yaklaştıkça yaydığı dalgaların frekansı artar ve uzunluğu azalır. Dalga kaynağı gözlemciden uzaklaştıkça frekansları azalır ve dalga boyu artar.

Örneğin, ses dalgaları durumunda, kaynak uzaklaştıkça sesin perdesi azalır ve kaynak yaklaştıkça perdesi yükselir. Böylece, perdeyi değiştirerek, bir trenin yaklaştığını veya uzaklaştığını, özel bir ses sinyali olan bir arabayı vb. belirleyebilirsiniz. Elektromanyetik dalgalar ayrıca Doppler etkisi gösterir. Gözlemci, kaynağın çıkarılması durumunda, spektrumun "kırmızı" tarafa kaymasını fark edecektir, yani. daha uzun dalgalara doğru ve yaklaşırken - "menekşe" ye, yani. daha kısa dalgalara doğru

Doppler etkisinin son derece faydalı bir keşif olduğu kanıtlanmıştır. Onun sayesinde Evrenin genişlemesi keşfedildi (galaksilerin spektrumları kırmızı tarafa kaydırıldı, bu nedenle bizden uzaklaşıyorlar); kan akış hızının belirlenmesi yoluyla kardiyovasküler sistemin teşhisi için bir yöntem geliştirilmiştir; trafik polisi tarafından kullanılanlar da dahil olmak üzere çeşitli radarlar oluşturulmuştur.

Doppler etkisinin yayılmasının en popüler örneği: sirenli bir araba. Size veya sizden gittiğinde bir ses duyarsınız ve o geçtiğinde tamamen farklı bir ses duyarsınız - daha düşük bir ses. Doppler efekti sadece ses dalgalarıyla değil, diğerleriyle de ilişkilidir. Doppler efektini kullanarak, parametreleri (frekans ve dalga boyu) bildiğimiz sürece, bir araba veya gök cisimleri olsun, bir şeyin hızını belirleyebilirsiniz. Telefon ağları, Wi-Fi, hırsız alarmları ile ilgili her şey - Doppler etkisi her yerde gözlemlenebilir.

Veya bir trafik ışığı alalım - kırmızı, sarı ve yeşil renkleri var. Hareket ettiğimiz hıza bağlı olarak, bu renkler değişebilir, ancak kendi aralarında değil, mora kayar: sarı yeşile ve yeşil maviye gider.

Neden olmasın? Işık kaynağından uzaklaşıp geriye bakarsak (veya trafik ışığı bizden uzaklaşırsa), renkler kırmızıya doğru kayar.

Ve muhtemelen, kırmızının yeşille karıştırılabileceği hızın, yollarda sürebileceğinizden çok daha yüksek olduğunu açıklığa kavuşturmaya değer.

yanıtla

Yorum Yap

Doppler etkisinin özü, bir ses kaynağının gözlemciye yaklaşması veya uzaklaşması durumunda, yaydığı sesin frekansının gözlemcinin bakış açısından değişmesidir. Bu, örneğin, yanınızdan geçen bir arabanın motorunun sesini değiştirir. Size yaklaştıkça daha yüksektir ve sizden uçarken keskin bir şekilde düşer ve geri çekilmeye başlar. Ses kaynağının hızı ne kadar yüksek olursa, frekanstaki değişim o kadar güçlü olur.

Bu arada, bu etki sadece ses için değil, aynı zamanda ışık için de geçerlidir. Sadece ses için daha nettir - nispeten düşük hızlarda gözlemlenebilir. Görünür ışık o kadar yüksek bir frekansa sahiptir ki, Doppler etkisinden kaynaklanan küçük değişiklikler çıplak gözle görülemez. Ancak bazı durumlarda radyo iletişiminde bile Doppler etkisi dikkate alınmalıdır.

Kesin tanımlara girmezseniz ve dedikleri gibi parmaklardaki etkiyi açıklamaya çalışırsanız, her şey oldukça basittir. Ses (ışık veya radyo sinyali gibi) bir dalgadır. Açıklık için, alınan dalganın frekansının, şematik dalganın "tepelerini" ne sıklıkta aldığımıza bağlı olduğunu varsayalım (dropboxusercontent.com). Kaynak ve alıcı sabitse (evet, birbirine göre), o zaman alıcının onları yaydığı aynı frekansta "sırtlar" alacağız. Kaynak ve alıcı birbirine yaklaşmaya başlarsa, yaklaşma hızı ne kadar yüksek olursa, o kadar sık ​​almaya başlayacağız - hızlar artacaktır. Sonuç olarak, alıcıdaki ses frekansı daha yüksek olacaktır. Kaynak alıcıdan uzaklaşmaya başlarsa, sonraki her bir "sırt" alıcıya ulaşmak için biraz daha fazla zaman alacaktır - "sıyrıkları" kaynağın yaydığından biraz daha az almaya başlayacağız. Alıcıdaki ses frekansı daha düşük olacaktır.

Bu açıklama biraz şematiktir, ancak genel prensibi yansıtır.

Kısaca kaynak ve alıcının birbirine göre hareket etmesi durumunda gözlenen frekans ve dalga boyundaki değişim. Dalga yayılma hızının sonluluğu ile ilişkilidir. Kaynak alıcıya yaklaşırsa, frekans artar (dalganın tepe noktası daha sık kaydedilir); birbirinden uzaklaşın - frekans düşer (dalganın zirvesi daha az kaydedilir). Efektin yaygın bir örneği, özel hizmetlerin sirenidir. Bir ambulans size yaklaşırsa, siren çığlık atar, uzaklaşır - derin bir basta vızıldar. Ayrı bir durum - bir elektromanyetik dalganın bir boşlukta yayılması - ayrıca göreceli bir bileşen eklenir ve Doppler etkisi, alıcı ve kaynağın birbirine göre hareketsiz olması durumunda da ortaya çıkar, bu da özelliklerle açıklanır. zamanın.

Doppler etkisinin özü, salınım frekansının alıcıya göre salınım kaynağının hızına bağımlılığıdır. Örneğin, bir diyapazonu kendinizden uzağa fırlatırsanız ses daha düşük görünecek (titreşim frekansı düşecek) ve diyapazon size fırlatılırsa ses size daha yüksek görünecek (titreşim frekansı artacaktır) . Bu aynı zamanda diğer doğanın titreşimleri için de geçerlidir - ışık ve radyo dalgaları. Önemli örnekler. 1) Uzak yıldızların radyasyonunun spektrumda kırmızı renge kayması nedeniyle, "genişleyen bir evren" hipotezi ortaya çıktı. 2) Hedeflerden yansıyan bir radyo dalgası üzerinde yüksek hızlı hedefleri (uçaklar ve düşman füzeleri) hedefleyen güdümlü füzeler, değişen bir frekansta salınımlar alır, bu değişikliğe "Doppler kayması" denir ve radyo kafalarına bazen "Doppler" denir.

Doppler etkisi şu formülle tanımlanır:

alıcı tarafından kaydedilen dalganın frekansı nerede; - kaynak tarafından yayılan dalganın frekansı; - çevrede; ve sırasıyla alıcının ve kaynağın elastik ortama göre hızlarıdır.

Ses kaynağı alıcıya yaklaşıyorsa, hızının bir artı işareti vardır. Kaynak alıcıdan uzaklaşıyorsa hızının eksi işareti vardır.

Formülden, kaynağın ve alıcının aralarındaki mesafenin azaldığı böyle bir hareketiyle, alıcı tarafından algılanan frekansın kaynağın frekansından daha büyük olduğu görülebilir. Kaynak ve alıcı arasındaki mesafe artarsa, daha az olacaktır.

Doppler etkisi, trafik polisinin bir arabanın hızını belirlemek için kullandığı radarların merkezinde yer alır. Tıpta Doppler etkisi, enjeksiyonlar sırasında bir ultrason cihazı kullanarak damarları arterlerden ayırmak için kullanılır. Doppler etkisi sayesinde, gökbilimciler evrenin genişlediğini belirlediler - galaksiler birbirinden saçılıyor. Doppler etkisi kullanılarak gezegenlerin ve uzay aracının hareket parametreleri belirlenir.

Problem çözme örnekleri

ÖRNEK 1

ÖRNEK 2

ÖRNEK 3

Üniversite YouTube'u

• 1 / 5

  Doppler, kendi su dalgaları gözlemlerine dayanarak, havada diğer dalgalarla benzer olayların meydana geldiğini öne sürdü. Dalga teorisine dayanarak, 1842'de, ışık kaynağının gözlemciye yaklaşmasının gözlemlenen frekansı arttırdığı, mesafenin azalttığı sonucuna varmıştır (makale "İkili yıldızların ve gökyüzündeki diğer bazı yıldızların renkli ışığı hakkında" (İngilizce) Rusça"). Doppler, gözlemci tarafından algılanan ses ve ışık titreşimlerinin frekansının, dalga kaynağının ve gözlemcinin birbirine göre hızı ve hareket yönüne bağımlılığını teorik olarak doğruladı. Bu fenomene daha sonra onun adı verildi.

  Doppler bu prensibi astronomide kullandı ve akustik ve optik fenomenler arasında bir paralellik çizdi. Tüm yıldızların beyaz ışık yaydığına inanıyordu, ancak Dünya'ya veya Dünya'dan hareketlerine bağlı olarak renk değişiyor (bu etki, Doppler tarafından değerlendirilen ikili yıldızlar için çok küçük). Zamanın ekipmanlarıyla renk değişiklikleri gözlenemese de, ses teorisi zaten 1845'te test edildi. Sadece spektral analizin keşfi, optikteki etkinin deneysel olarak test edilmesini mümkün kıldı.

  Doppler'in yayınının eleştirisi

  Eleştirilerin ana nedeni, makalenin deneysel bir doğrulaması olmaması ve tamamen teorik olmasıydı. Teorisinin genel açıklaması ve ses için sağladığı destekleyici çizimler doğru olsa da, yıldızların rengini değiştirmeye yönelik açıklamalar ve dokuz destekleyici argüman doğru değildi. Hata, tüm yıldızların beyaz ışık yaydığı yanılgısı nedeniyle meydana geldi ve görünüşe göre Doppler, kızılötesi (W. Herschel, 1800) ve ultraviyole radyasyon (I. Ritter, 1801) keşiflerini bilmiyordu.

  1850'de Doppler etkisi deneysel olarak ses için doğrulanmış olsa da, teorik temeli Josef Petzval tarafından kışkırtılan hararetli bir tartışmayı ateşledi. Petzval'in ana itirazları, yüksek matematiğin rolünün abartılmasına dayanıyordu. Doppler'in teorisine, 15 Ocak 1852'de Bilimler Akademisi'nin bir toplantısında sunulan Dalga Hareketinin Temel Prensipleri: Dalga Boyunun Korunumu Yasası ile ilgili makalesiyle yanıt verdi. İçinde, sadece 8 sayfada yayınlanan ve sadece basit denklemleri kullanan bir teorinin değerli olamayacağını savundu. Petsval, itirazlarında, gözlemcinin tamamen farklı iki hareket durumunu ve ortamın kaynağı ve hareketini karıştırdı. İkinci durumda, Doppler'in teorisine göre frekans değişmez.

  deneysel doğrulama

  1845'te, Utrecht'ten Hollandalı meteorolog Christopher Henrik Diederik Beuis-Ballot, ses üzerindeki Doppler etkisini doğruladı. demiryolu Utrecht ve Amsterdam arasında. O sırada 64 km/s gibi inanılmaz bir hıza ulaşan lokomotif, bir grup trompetçiyle birlikte üstü açık bir vagonu çekiyordu. Oy pusulası, araba içeri girip çıkarken ses tonundaki değişiklikleri dinledi. Aynı yıl Doppler, biri istasyondan uzaklaşan diğeri sabit kalan iki grup trompetçi kullanarak bir deney yaptı. Orkestralar bir nota çaldığında uyumsuzluk içinde olduklarını doğruladı. 1846'da, hem kaynağın hareketini hem de gözlemcinin hareketini dikkate aldığı teorisinin gözden geçirilmiş bir versiyonunu yayınladı. Daha sonra, 1848'de Fransız fizikçi Armand Fizeau, teorisini ışığa doğru genişleterek Doppler'in çalışmasını genelleştirdi (gök cisimlerinin spektrumlarındaki çizgilerin yer değiştirmesini hesapladı). 1860'da Ernst Mach, yıldızın kendisiyle ilişkili yıldızların tayflarındaki soğurma çizgilerinin Doppler etkisini göstermesi gerektiğini ve bu tayflarda Doppler etkisini algılamayan karasal kökenli soğurma çizgilerinin de olduğunu öngördü. İlk ilgili gözlem 1868'de William Huggins tarafından yapıldı.

  Işık dalgaları için Doppler formüllerinin doğrudan doğrulanması, 1871'de G. Vogel tarafından, güneş ekvatorunun karşı kenarlarından elde edilen spektrumlarda Fraunhofer çizgilerinin konumlarını karşılaştırarak elde edildi. G. Vogel tarafından ölçülen spektral aralık değerlerinden hesaplanan kenarların bağıl hızı, yer değiştirmeden hesaplanan hıza yakın çıktı. güneş lekeleri.

  fenomenin özü

  Ayrıca, yüklü bir parçacığın göreli bir hızla bir ortamda hareket ettiği durum da önemlidir. Bu durumda laboratuvar sistemi, Doppler etkisi ile doğrudan ilgili olan Cherenkov radyasyonunu tespit eder.

  Fenomenin matematiksel açıklaması

  Dalga kaynağı ortama göre hareket ederse, dalga tepeleri arasındaki mesafe (dalga boyu λ), hareketin hızına ve yönüne bağlıdır. Kaynak alıcıya doğru hareket ederse yani yaydığı dalgayı yakalarsa dalga boyu azalır, uzaklaşırsa dalga boyu artar:

  kaynağın dalga yaydığı açısal frekans nerede, c (\ görüntü stili c)- ortamdaki dalgaların yayılma hızı, v (\ görüntü stili v)- dalga kaynağının ortama göre hızı (kaynak alıcıya yaklaşıyorsa pozitif, uzaklaşıyorsa negatif).

  Sabit bir alıcı tarafından kaydedilen frekans

  Aynı şekilde, alıcı dalgalara doğru hareket ederse, onların tepelerini daha sık kaydeder ve bunun tersi de geçerlidir. Sabit bir kaynak ve hareketli bir alıcı için

  ω = ω 0 (1 + u c), (\ displaystyle \ omega = \ omega _ (0) \ sol (1 + (\ frac (u) (c)) \ sağ),)

  (2)

  Nerede u (\ ekran stili u)- alıcının ortama göre hızı (kaynağa doğru hareket ederse pozitif).

  yerine ikame ω 0 (\ displaystyle \ omega _ (0)) formül (2)'de frekans değeri ω (\ displaystyle \ omega) formül (1)'den genel durum için formülü elde ederiz:

  ω = ω 0 (1 + u c) (1 - v c). (\ displaystyle \ omega = \ omega _ (0) (\ frac (\ sol (1 + (\ frac (u) (c)) \ sağ)) (\ sol (1 - (\ frac (v) (c)) ) \ sağ))).)

  (3)

  Göreceli Doppler etkisi

  ω = ω 0 ⋅ 1 - v 2 c 2 1 + vc ⋅ cos ⁡ θ (\ displaystyle \ omega = \ omega _ (0) \ cdot (\ frac (\ sqrt (1 - (\ frac (v ^ (2))) ) (c ^ (2))))) (1 + (\ frac (v) (c)) \ cdot \ cos \ teta)))

  Nerede c (\ görüntü stili c)- Işık hızı, v (\ görüntü stili v)- alıcıya (gözlemciye) göre kaynağın hızı, θ (\ displaystyle \ teta)- kaynağın yönü ile alıcının referans çerçevesindeki hız vektörü arasındaki açı. Kaynak gözlemciden radyal olarak uzaktaysa, o zaman θ = 0 (\ displaystyle \ teta = 0) yaklaşırsa, o zaman θ = π (\ displaystyle \ teta = \ pi).

  Göreceli Doppler etkisi iki nedenden kaynaklanmaktadır:

  • kaynak ve alıcının göreli hareketi ile frekanstaki değişimin klasik analogu;

  İkinci faktör yol açar enine Doppler etkisi dalga vektörü ile kaynak hızı arasındaki açı θ = π 2 (\ displaystyle \ teta = (\ frac (\ pi) (2)))... Bu durumda, frekanstaki değişiklik, klasik analogu olmayan tamamen göreli bir etkidir.

  Doppler etkisinin gözlemlenmesi

  Bu fenomen, herhangi bir dalga ve parçacık akışı için tipik olduğundan, onu ses için gözlemlemek çok kolaydır. Ses titreşimlerinin frekansı kulak tarafından perde olarak algılanır. Hızlı hareket eden bir arabanın veya trenin sizi geçeceği, örneğin bir siren veya sadece bir bip sesi çıkaracağı bir durumu beklemeniz gerekir. Araba size yaklaştığında perdenin daha yüksek olacağını, daha sonra araba sizinle aynı seviyeye geldiğinde keskin bir şekilde düşeceğini ve uzaklaşırken arabanın daha düşük bir sesle korna çalacağını duyacaksınız.

  Uygulama

  Doppler etkisi ayrılmaz bir parçadır modern teoriler Evrenin başlangıcı hakkında (Big Bang ve kırmızıya kayma). İlke, görüş hattı boyunca yıldızların hareket hızlarını (gözlemciye yaklaşma veya uzaklaşma) ve eksen etrafındaki dönüşlerini, gezegenlerin dönüş parametrelerini ölçmek için astronomide çok sayıda uygulama aldı.

  doppler radarı

  Bir nesneden yansıyan bir sinyalin frekansındaki değişikliği ölçen bir radar. Frekans değiştirilerek, nesnenin hızının radyal bileşeni hesaplanır (hızın nesneden ve radardan geçen düz bir çizgiye izdüşümü). Doppler radarları çok çeşitli alanlarda kullanılabilir: uçakların, gemilerin, arabaların, hidrometeorların (örneğin bulutların), deniz ve nehir akıntılarının ve diğer nesnelerin hızını belirlemek.

  [Düzenle] Astronomi

  • Yıldızların, galaksilerin ve diğer gök cisimlerinin radyal hareket hızı, tayf çizgilerinin yer değiştirmesi ile belirlenir.

  Doppler etkisinin yardımıyla, gök cisimlerinin spektrumundan radyal hızları belirlenir. Işık salınımlarının dalga boylarının değiştirilmesi, kaynağın spektrumundaki tüm spektral çizgilerin, radyal hızı gözlemciden (kırmızıya kayma) yönlendirilirse uzun dalgalara ve radyal yönü ise kısa olanlara doğru kaymasına neden olur. hız gözlemciye doğru (menekşe kayması) ... Kaynağın hızı ışığın hızına (300.000 km/sn) kıyasla küçükse, radyal hız, ışığın hızının herhangi bir spektral çizginin dalga boyundaki değişimle çarpımı ve dalga boyuna bölünmesine eşittir. sabit bir kaynakta aynı satır.

  • Spektral çizgilerin genişliğini artırarak yıldızların sıcaklığı belirlenir.

  [Düzenle] Non-invaziv akış hızı ölçümü

  Doppler etkisi, sıvıların ve gazların akış hızını ölçer. Bu yöntemin avantajı, sensörleri doğrudan akışa yerleştirmenize gerek olmamasıdır. Hız, ortamın homojen olmayanları (süspansiyon parçacıkları, ana akışla karışmayan sıvı damlacıkları, gaz kabarcıkları) üzerine ultrasonun saçılmasıyla belirlenir.

  [Düzenle] Araba alarmları

  Arabanın yakınındaki ve içindeki hareketli nesneleri algılamak için

  [Düzenle] koordinatların belirlenmesi

  Cospas-Sarsat uydu sisteminde yerdeki acil durum vericisinin koordinatları, uydudan alınan radyo sinyalinden Doppler etkisi kullanılarak uydu tarafından belirlenir.