Автор статьи

Статью подготовили специалисты образовательного сервиса Zaochnik.

Эффект Доплера

Содержание:

Определение 1

В случае, если наблюдатель и источник звука движутся друг относительно друга, частота воспринимаемого наблюдателем звука и частота источника звука не совпадают. Данное явление было открыто в 1842 году и носит название эффекта Доплера.

Распространение звуковых волн в воздухе или другой однородной среде происходит с постоянной зависящей только от свойств среды скоростью. При этом в условиях движения наблюдателя и источника звука возможны существенные изменения длины волны и частоты звука.

Зависимость эффекта Доплера от скорости источника и наблюдателя

Предположим, что относительно среды скорости источника υИ и наблюдателя υН направлены вдоль прямой, соединяющей их. В качестве положительного направления для υИ и υН может быть принято направление от наблюдателя к источнику. Скорость звука υ всегда считается положительной.

Пример 1

Зависимость эффекта Доплера от скорости источника и наблюдателя

Рисунок 2.8.1. Эффект Доплера. Случай движущегося наблюдателя. Последовательные положения наблюдателя показаны через период TН звука, воспринимаемого наблюдателем.

На рисунке 2.8.1 проиллюстрирован эффект Доплера в условиях движущегося наблюдателя при неподвижном источнике. Период воспринимаемых наблюдателем звуковых колебаний обозначен через TН. Из рассматриваемого изображения следует: 

υНTН+υTН=λ.

Учитывая, что и λ=υfИ, получим следующее выражение: 

fН=υ+υнυfИ=1+υНυfИ.

Пример 2

В случае, когда наблюдатель совершает движение в направлении источника (υН>0), fН>fИ, если же наблюдатель движется от источника (υН<0), то fН< fИ.

Зависимость эффекта Доплера от скорости источника и наблюдателя

Рисунок 2.8.2. Эффект Доплера. Случай с движущимся источником. Последовательные положения источника показаны через период T излучаемого источником звука.

На рисунке 2.8.2 наблюдатель неподвижен, а источник звука совершает движение со скоростью υИ. В таком случае, опираясь на рисунок 2.8.2, можно утверждать о справедливости следующего соотношения: 

υt+υИT=υ(t T)+λ или (υИ+υ)T=λ.

В котором λ=υfн.

Из этого следует вывод, что: 

fН=υυ+υИfИ.

Пример 3

В случае, когда источник удаляется от наблюдателя, υИ> 0 и, соответственно, fН< fИ. В противоположной ситуации, в которой источник приближается к наблюдателю, υИ<0 и fН >fИ.

Случай, в котором и источник, и наблюдатель движутся с некоторыми скоростями υИ и υН, является общим. В его условиях формула эффекта Доплера выглядит следующим образом: 

fн=υ+υНυ+υИfИ

Данное выражение характеризует связь между fН и fИ.

Нерелятивистский и релятивистский эффекты Доплера

Определение 2

Скорости υИ и υН всегда измеряются относительно воздуха или иной среды распространения звуковых волн. Это явление носит название нерелятивистского Доплер-эффекта.

Зависимость эффекта Доплера от скорости источника и наблюдателя

Рисунок 2.8.3. Модель эффекта Доплера.

В условиях распространения электромагнитных волн в пустоте (свет, радиоволны) также имеет место эффект Доплера. По той причине, что их распространение не требует материальной среды, можно рассматривать только относительную скорость υ источника и наблюдателя.

Определение 3

Формула для релятивистского Доплер-эффекта выражается в виде следующего соотношения:

fН=c-υc+υfИ

В котором c представляет собой скорость света.

При υ>0, источник удаляется от наблюдателя и fН<fИ. Если υ< 0, то источник приближается к наблюдателю, а fН>fИ.

Доплеровский эффект нашел широкое применение в технической сфере и используется для измерения скоростей движущихся объектов. К примеру, эффект Доплера занимает играет важную роль в акустике, оптике и радио.

Навигация по статьям

Выполненные работы по геодезии
  • Геодезия

    Дистанционный экзамен

    • Вид работы:

      Дистанционный экзамен, онлайн-тест

    • Выполнена:

      17 июня 2022 г.

    • Стоимость:

      2 800 руб

    Заказать такую же работу
  • Медицина

    Национальная система здравоохранения

    • Вид работы:

      Эссе

    • Выполнена:

      17 марта 2022 г.

    • Стоимость:

      1 800 руб

    Заказать такую же работу
  • Медицина

    Любая тема по стоматологии желательно касаемо хирургической стоматологии

    • Вид работы:

      НИР (научно-исследовательская работа)

    • Выполнена:

      25 августа 2021 г.

    • Стоимость:

      6 400 руб

    Заказать такую же работу
  • Химия

    Ионы магния характерные реакции и определение

    • Вид работы:

      Презентация (PPT, PPS)

    • Выполнена:

      24 мая 2021 г.

    • Стоимость:

      2 000 руб

    Заказать такую же работу
  • Медицина

    Стандарты медицинской помощи и порядки ее оказанияИх отражение в программах обязательного медицинского страхованияТарифные соглашенияСпомобы оплаты медицинской помощи и тарифы

    • Вид работы:

      Реферат

    • Выполнена:

      22 мая 2021 г.

    • Стоимость:

      1 300 руб

    Заказать такую же работу
  • Медицина

    Иван Михайлович Сеченов в истории физиологии

    • Вид работы:

      Курсовая работа

    • Выполнена:

      4 марта 2021 г.

    • Стоимость:

      1 500 руб

    Заказать такую же работу
  • Не получается написать работу самому?

    Доверь это кандидату наук!