Doplerio efektas: bangos dažnio ir bangos ilgio kaita — apibrėžimas
Sužinokite Doplerio efektą: kaip keičiasi bangos dažnis ir bangos ilgis dėl stebėtojo ir šaltinio judėjimo — aiškus apibrėžimas ir praktiniai pavyzdžiai.
Doplerio efektas - tai bangos dažnio ir bangos ilgio pokytis, kurį sukelia atstumo (tiksliau — santykinio judėjimo) tarp bangą skleidžiančio šaltinio (dar vadinamo siuntėju) ir bangą matančio arba girdinčio daikto (stebėtojo) pasikeitimas. Kai šaltinis artėja prie stebėtojo, stebimas dažnis padidėja (garso atveju — aukštesnis tonas; elektromagnetinėse bangose — „mėlynas poslinkis“), o kai šaltinis tolsta — dažnis sumažėja (garso atveju — žemesnis tonas; šviesoje — „raudonas poslinkis“).
Kaip tai veikia (paprastai)
Priklausomai nuo to, ar juda šaltinis, stebėtojas, ar abu, banga pasiekia stebėtoją su kitokia fazių sparta, todėl pasikeičia periodas ir dažnis. Svarbu, kad pats šaltinis savo išskleidžiamo signalo dažnio „nejaustų“ — pokytį pastebi tik santykinis judėjimas tarp šaltinio ir stebėtojo. Tipinis kasdieninis pavyzdys — sėdėjimas automobilyje, kai greta pravažiuoja kitas automobilis arba traukinys: pro šalį pravažiuojantys garso šaltiniai girdimi aukštesni, artėjant, ir žemesni, tolstant.
Matematinis aprašymas (klasikinis atvejis)
Klasiškai, kai banga juda terpėje (pvz., garsas ore) su bangos greičiu v, stebimo dažnio f' ir šaltinio skleidžiamo dažnio f ryšys duodamas bendra formule:
f' = f · (v + v_o) / (v - v_s)
- čia v_o — stebėtojo greitis pagal bangos kryptį (teigiamas, kai stebėtojas artėja prie šaltinio);
- v_s — šaltinio greitis pagal bangos kryptį (teigiamas, kai šaltinis tolsta nuo stebėtojo).
Šią formulę reikia pritaikyti pagal ženklus ir judėjimo kryptį. Analogine tvarka keičiasi ir bangos ilgis: λ' = λ · (v ∓ v_s)/(v ± v_o).
Relatyvistinis atvejis (šviesa ir kitos elektromagnetinės bangos)
Šviesos Doplerio efektui, kai judėjimo greičiai artėja prie šviesos greičio c, taikomos reliatyvistinės formulės. Viena paprastesnių išraiškų tiesioginiam judėjimui palei stebėjimo liniją yra:
f' = f · sqrt((1 + β)/(1 - β)), kur β = v/c ir v — santykinis greitis (teigiamas, kai artėjama).
Žemos energijos (ne reliatyvistinėje) riboje šis reiškinys aproksimuojamas išraiška f' ≈ f(1 ± v/c).
Pavyzdžiai ir taikymo sritys
- Kasdieninis: pravažiuojančio automobilio arba sirenos tono pokytis.
- Kariuomenė ir teisėsauga: radaro greičio matavimas — radaro siųstas signalas atsispindi nuo judančio objekto ir grįžta su dvigubu dažnio poslinkiu (refleksija sukelia dvi Doplerio fazes).
- Medicina: Doplerio ultragarsas kraujotakos greičio matavimui.
- Meteorologija: Doplerio radaras debesų judėjimui ir vėjo greičiams nustatyti.
- Astronomija: žvaigždžių ir galaktikų spektrų raudonieji/mėlynieji poslinkiai leidžia nustatyti judėjimo greitį ir Visatos plėtimąsi.
Pastabos
Doplerio efektas tinka visoms bangoms (garsui, šviesai, vandens bangoms ir pan.), bet gaires taikant reikia atsižvelgti į terpės pobūdį ir, kai kalbama apie elektromagnetines bangas, į reliatyvistinius efektus. Atspindžio atveju (pvz., radaras) bangos greitis ir santykinis judėjimas lemia, kad dažnio pokytis sumuojasi per kelis persiuntimus (siuntėjas→reflektorius→siuntėjas).
Judančio objekto sukeliamos bangos sukelia Doplerio efektą
Atstumo pokyčių poveikis
Jei stebėtojas ir bangos kūrėjas priartėja, dažnis yra didesnis, o bangos ilgis trumpesnis.
- Šviesos atveju tai lemia spalvos poslinkį į mėlynąją spektro dalį, vadinamą mėlynuoju poslinkiu. Kuo greičiau kažkas juda link mūsų, tuo didesnis mėlynasis poslinkis.
- Garso atveju garsas tampa aukštesnio aukščio.
Jei atstumas tarp stebėtojo ir kūrėjo didėja, dažnis yra mažesnis, o bangos ilgis ilgesnis.
- Šviesai tai sukelia poslinkį į raudonąją spektro dalį, vadinamą raudonuoju poslinkiu; kuo greičiau kažkas tolsta, tuo didesnis raudonasis poslinkis.
- Dėl to garsas tampa žemesnio aukščio.
Šviesos bangas taip pat galima skaityti, pavyzdžiui:
- Mikrobangų krosnelės
- Radijo bangos
Ekstremalus Doplerio efekto pavyzdys - lėktuvas, skrendantis didesniu nei garso greičiu, ir žemėje girdima garso siena.
Susiję puslapiai
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra Doplerio efektas?
A: Doplerio efektas - tai bangos dažnio ir bangos ilgio pokytis, kurį lemia atstumo tarp bangą sukeliančio daikto ir to, kas tą bangą matuoja, mato ar girdi, pokytis.
K: Kas sukelia Doplerio efektą?
A: Doplerio efektą sukelia atstumo tarp bangą sukeliančio daikto ir bangą matuojančio, matančio ar girdinčio daikto pokytis.
K: Kaip kitaip Doplerio efekte vadinama priežastis?
A: Kitas žodis, reiškiantis Doplerio efekto priežastį, yra "siuntėjas" arba "šaltinis".
K: Kaip Doplerio efekto atveju kitaip vadinasi "atstumo pokytis"?
A: Kitas žodis, reiškiantis "atstumo pokytį" Doplerio efekte, yra "greitis" arba "santykinis greitis".
K: Ar Dopplerio efektas gali paveikti visų tipų bangas?
A: Taip, Doplerio efektas gali paveikti visas bangas, kurias objektas gali siųsti arba atspindėti.
K: Kas yra atspindys Doplerio efekto kontekste?
A: Dopplerio efekto kontekste atspindys reiškia bangos krypties pasikeitimą.
K: Ar bangos siuntėjas gali patirti Doplerio efektą?
Atsakymas: Ne, bangos siuntėjas nepatiria Doplerio efekto.
Ieškoti