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.

Нужна помощь преподавателя?
Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

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 физике
  • Физика

    Физика и музыкальное искусство. Заказ: 47159

    • Вид работы:

      Реферат

    • Выполнена:

      10 мая 2017 г.

    • Стоимость:

      400 руб

    Заказать такую же работу
  • Физика

    Законы физики в электроэнергетике. Заказ: 62646

    • Вид работы:

      Реферат

    • Выполнена:

      8 октября 2017 г.

    • Стоимость:

      400 руб

    Заказать такую же работу
  • Физика

    Выполнить тест в системе росдистант по физике по темам

    • Вид работы:

      Online помощь

    • Выполнена:

      22 мая 2017 г.

    • Стоимость:

      900 руб

    Заказать такую же работу
  • Физика

    Основы термодинамики кристаллов

    • Вид работы:

      Курсовая

    • Выполнена:

      19 мая 2017 г.

    • Стоимость:

      800 руб

    Заказать такую же работу
  • Физика

    Физико-химические методы очистки техногенных стоков. Общий обзор.

    • Вид работы:

      Курсовая

    • Выполнена:

      4 февраля 2018 г.

    • Стоимость:

      1 000 руб

    Заказать такую же работу
  • Физика

    ЭСН и ЭО электромеханического цеха. Заказ: 566930

    • Вид работы:

      Курсовая

    • Выполнена:

      20 февраля 2017 г.

    • Стоимость:

      800 руб

    Заказать такую же работу
  • Не получается написать работу самому?

    Доверь это кандидату наук!