Doppler-ilmiön avulla voit määrittää. Perustutkimus

Doppler-ilmiö kuvataan kaavalla:

missä on vastaanottimen tallentaman aallon taajuus; - lähteen lähettämän aallon taajuus; - ympäristössä; ja ovat vastaavasti vastaanottimen ja lähteen nopeudet suhteessa elastiseen väliaineeseen.

Jos äänilähde lähestyy vastaanotinta, sen nopeudella on plusmerkki. Jos lähde siirtyy pois vastaanottimesta, sen nopeudella on miinusmerkki.

Kaavasta käy selvästi ilmi, että kun lähde ja vastaanotin liikkuvat siten, että niiden välinen etäisyys pienenee, vastaanottimen havaitsema taajuus osoittautuu lähdetaajuutta suuremmiksi. Jos lähteen ja vastaanottimen välinen etäisyys kasvaa, se on pienempi kuin .

Doppler-ilmiö on tutkien perusta, joiden avulla liikennepoliisit määrittävät auton nopeuden. Lääketieteessä Doppler-ilmiötä käytetään erottamaan laskimot valtimoista ultraäänilaitteella injektioiden aikana. Doppler-ilmiön ansiosta tähtitieteilijät ovat havainneet, että universumi laajenee - galaksit siirtyvät pois toisistaan. Doppler-ilmiön avulla määritetään planeettojen ja avaruusalusten liikeparametrit.

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

ESIMERKKI 1

Harjoittele Kaksi autoa lähestyy toisiaan moottoritiellä nopeuksilla m/s ja m/s. Ensimmäinen niistä tuottaa äänisignaalin taajuudella 600 Hz. Määritä signaalin taajuus, jonka toisen auton kuljettaja kuulee: a) ennen kokousta; b) kokouksen jälkeen. Äänen nopeudeksi on otettu 348 m/s.
Ratkaisu

Ennen kohtaamista autot lähestyvät toisiaan, ts. niiden välinen etäisyys pienenee ja äänilähde (ensimmäinen auto) lähestyy äänivastaanotinta (toinen auto), joten ensimmäisen auton nopeus tulee kaavaan plusmerkillä.

Lasketaan:

Hz

Kokouksen jälkeen autot siirtyvät kauemmas toisistaan, ts. äänisignaalin lähde siirtyy pois vastaanottimesta, joten lähteen nopeus tulee kaavaan miinusmerkillä:

Hz

Vastaus Signaalin taajuus, jonka toisen auton kuljettaja kuulee ennen kohtaamista ensimmäisen, on 732 Hz ja tapaamisen jälkeen 616 Hz.

ESIMERKKI 2

Harjoittele Pikajuna lähestyy raiteilla seisovaa sähköjunaa nopeudella 72 km/h. Sähköjuna lähettää äänisignaalia taajuudella 0,6 kHz. Määritä äänisignaalin näennäinen taajuus, jonka pikajunan kuljettaja kuulee. Äänen nopeudeksi on otettu 340 m/s.
Ratkaisu Kirjoitetaan Doppler-ilmiön kaava:

Pikajunaan liittyvässä vertailukehyksessä nopean junan kuljettaja (signaalin vastaanotin) on paikallaan, joten sähköjuna (signaalin lähde) liikkuu kohti pikajunaa nopeudella , jolla on plusmerkki, koska äänisignaalin lähteen ja vastaanottimen välinen etäisyys pienenee.

Muunnetaan yksiköt SI-järjestelmään: sähköjunan kulkunopeus suhteessa nopeaan junaan km/h m/s; sähköjunan äänisignaalin taajuus kHz Hz.

Lasketaan:

Hz

Vastaus Näennäinen taajuus, jonka nopea junankuljettaja kuulee, on 638 Hz.

ESIMERKKI 3

Harjoittele Sähköjuna kulkee rautatien laiturin ohi. Laiturilla seisova tarkkailija kuulee junan sireenin äänen. Milloin juna tulee? Tarkkailija kuulee 1100 Hz:n äänen junan liikkuessa poispäin, äänen näennäinen taajuus on 900 Hz. Selvitä sähköveturin nopeus ja sireenin aiheuttaman äänen taajuus. Äänen nopeudeksi ilmassa on otettu 340 m/s.
Ratkaisu Koska lavalla seisova tarkkailija on liikkumaton, vastaanottimen nopeus on .

Kirjataan Doppler-ilmiön kaava molemmille tapauksille.

a) kun juna lähestyy:

b) kun juna lähtee liikkeelle:

Ilmoitetaan sireenin äänisignaalin taajuudet ja rinnastetaan tuloksena olevien yhtälöiden oikeat puolet:

Tiedetään, että kun nopeasti liikkuva sähköjuna lähestyy paikallaan olevaa tarkkailijaa, sen äänisignaali näyttää korkeammalta ja katsojasta poistuessaan matalammalta kuin saman sähköjunan signaali, mutta paikallaan.

Doppler-ilmiö kutsua vastaanottimen tallentamien aaltojen taajuuden muutosta, joka johtuu näiden aaltojen lähteen ja vastaanottimen liikkeestä.

Lähde, joka liikkuu vastaanotinta kohti, näyttää puristavan jousta - aaltoa (kuva 5.6).

Tämä vaikutus havaitaan ääniaaltojen (akustinen vaikutus) ja sähkömagneettisten aaltojen (optinen vaikutus) etenemisen aikana.

Tarkastellaan useita ilmentymistapauksia akustinen Doppler-ilmiö .

Olkoon kaasumaisessa (tai nestemäisessä) väliaineessa olevien ääniaaltojen P vastaanotin siihen nähden liikkumaton ja lähde I siirtyy pois vastaanottimesta nopeudella niitä yhdistävää suoraa pitkin (kuva 5.7, A).

Lähde siirtyy väliaineessa ajassa, joka on yhtä suuri kuin sen värähtelyjakso, etäisyyden verran, missä on lähteen värähtelytaajuus.

Siksi, kun lähde liikkuu, väliaineen aallonpituus on erilainen kuin sen arvo kiinteässä lähteessä:

,

missä on aallon vaihenopeus väliaineessa.

Vastaanottimen tallentama aaltotaajuus on

(5.7.1)

Jos lähteen nopeusvektori on suunnattu mielivaltaiseen kulmaan sädevektoriin, joka yhdistää kiinteän vastaanottimen lähteeseen (kuva 5.7, b), Tuo

(5.7.2)

Jos lähde on paikallaan ja vastaanotin lähestyy sitä nopeudella niitä yhdistävää suoraa pitkin (kuva 5.7, V), niin väliaineen aallonpituus on . Aallon etenemisnopeus suhteessa vastaanottimeen on kuitenkin yhtä suuri kuin , joten vastaanottimen tallentama aallon taajuus

(5.7.3)

Siinä tapauksessa, että nopeus suunnataan mielivaltaiseen kulmaan sädevektoriin, joka yhdistää liikkuvan vastaanottimen kiinteään lähteeseen (kuva 5.7, G), meillä on:

Tämä kaava voidaan esittää myös muodossa (jos)

, (5.7.6)

missä on aaltolähteen nopeus suhteessa vastaanottimeen ja vektorien välinen kulma ja . Suuruutta, joka on yhtä suuri kuin projektio suuntaan, kutsutaan lähteen säteittäinen nopeus.

Optinen Doppler-efekti

Kun sähkömagneettisten aaltojen lähde ja vastaanotin liikkuvat suhteessa toisiinsa, se myös havaitaan Doppler-ilmiö , eli aallon taajuuden muutos, vastaanottajan rekisteröimä. Toisin kuin Doppler-ilmiö, jota tarkastelimme akustiikassa, tämän ilmiön lait sähkömagneettisille aalloille voidaan määrittää vain erityisen suhteellisuusteorian perusteella.

Suhteen kuvaus Doppler-ilmiö varten elektromagneettiset aallot tyhjiössä, ottaen huomioon Lorentzin muunnokset, on muoto:

. (5.7.7)

Aaltolähteen alhaisilla liikenopeuksilla suhteessa vastaanottimeen Doppler-ilmiön relativistinen kaava (5.7.7) osuu yhteen klassisen kaavan (5.7.2) kanssa.

Jos lähde liikkuu suhteessa vastaanottimeen niitä yhdistävää suoraa linjaa pitkin, niin tarkkailemme pitkittäinen Doppler-ilmiö .

Jos lähestytään lähdettä ja vastaanotinta ()

, (5.7.8)

ja jos heidät poistetaan vastavuoroisesti ()

. (5.7.9)

Lisäksi Doppler-ilmiön relativistisesta teoriasta se seuraa olemassaoloa poikittainen Doppler-ilmiö , havaittiin ja , so. tapauksissa, joissa lähde liikkuu kohtisuorassa havaintoviivaa vastaan ​​(esimerkiksi lähde liikkuu ympyrässä, vastaanotin on keskellä):

. (5.7.10)

Poikittaista Doppler-ilmiötä ei voida selittää klassisessa fysiikassa. Se edustaa puhtaasti relativistista vaikutusta.

Kuten kaavasta (5.7.10) voidaan nähdä, poikittaisvaikutus on verrannollinen suhteeseen, joten se on paljon heikompi kuin pitkittäinen, joka on verrannollinen (5.7.9).

Yleisessä tapauksessa suhteellinen nopeusvektori voidaan hajottaa komponenteiksi: toinen tuottaa pitkittäisvaikutuksen, toinen poikittaisvaikutuksen.

Poikittaisen Doppler-ilmiön olemassaolo seuraa suoraan aikalaajennuksesta liikkuvissa vertailukehyksissä.

Ensimmäisen kokeellisen todentamisen Doppler-ilmiön olemassaolosta ja relativistisen kaavan (5.7.7) oikeellisuudesta suorittivat amerikkalaiset fyysikot G. Ives ja D. Stilwell 30-luvulla. He tutkivat spektrografin avulla vetyatomien säteilyä m/s nopeuksilla. Tulokset julkaistiin vuonna 1938. Yhteenveto: poikittainen Doppler-ilmiö havaittiin täysin relativististen taajuusmuutosten mukaisesti (atomien emissiospektri osoittautui siirtyneen matalataajuiselle alueelle); päätelmä aikadilataatiosta liikkuvissa inertiaalisissa vertailukehyksissä on vahvistettu.

Doppler-ilmiö on löytänyt laajan sovelluksen tieteessä ja tekniikassa. Tällä ilmiöllä on erityisen tärkeä rooli astrofysiikassa. Tähtien ja sumujen spektrien absorptioviivojen Doppler-siirtymän perusteella on mahdollista määrittää näiden kohteiden radiaaliset nopeudet suhteessa maahan: kaavalla (5.7.6)

. (5.7.11)

Amerikkalainen tähtitieteilijä E. Hubble löysi vuonna 1929 ilmiön nimeltä kosmologinen punasiirtymä ja koostuu siitä, että galaksien ulkopuolisten objektien emissiospektreissä olevat viivat siirtyvät kohti matalampia taajuuksia (pidempiä aallonpituuksia). Kävi ilmi, että kunkin kohteen suhteellinen taajuussiirtymä (on linjan taajuus kiinteän lähteen spektrissä, on havaittu taajuus) on täsmälleen sama kaikilla taajuuksilla. Kosmologinen punasiirtymä ei ole muuta kuin Doppler-ilmiö. Se osoittaa, että metagalaksi laajenee, joten galaksien ulkopuoliset esineet ovat siirtymässä pois galaksistamme.

Metagalaksi ymmärretään kaikkien tähtijärjestelmien kokonaisuutena. Nykyaikaisilla kaukoputkilla voit tarkkailla osaa metagalaksista, jonka optinen säde on . Tämän ilmiön olemassaolon ennusti teoriassa jo vuonna 1922 Neuvostoliiton tiedemies A.A. Friedman perustui yleisen suhteellisuusteorian kehitykseen.

Hubble loi lain, jonka mukaan galaksien suhteellinen punasiirtymä kasvaa suhteessa niiden etäisyyteen .

Hubblen laki voidaan kirjoittaa lomakkeeseen

, (5.7.12)

Missä H– Hubblen vakio. Viimeisimpien vuonna 2003 tehtyjen arvioiden mukaan . (1 kpl (parsec) on matka, jonka valo kulkee tyhjiössä 3,27 vuodessa ( )).

Vuonna 1990 Hubble-avaruusteleskooppi laukaistiin kiertoradalle Discovery-sukkulalla (kuva 5.8).

Riisi. 5.8Riisi. 5.9

Tähtitieteilijät ovat pitkään haaveilleet kaukoputkesta, joka toimisi näkyvällä alueella, mutta sijaitsisi maan ilmakehän ulkopuolella, mikä häiritsee suuresti havainnointia. Hubble ei vain pettänyt sille asetettuja toiveita, vaan jopa ylitti lähes kaikki odotukset. Hän laajensi fantastisesti ihmiskunnan "näkökenttää" katsomalla maailmankaikkeuden käsittämättömiin syvyyksiin. Avaruusteleskooppi lähetti toimintansa aikana 700 tuhatta upeaa valokuvaa maahan (kuva 5.9). Erityisesti hän auttoi tähtitieteilijöitä määrittämään universumimme tarkan iän - 13,7 miljardia vuotta; auttoi vahvistamaan oudon mutta voimakkaan energiamuodon olemassaolon universumissa - pimeän energian; todisti supermassiivisten mustien aukkojen olemassaolon; hämmästyttävän selvästi vanginnut komeetan putoamisen Jupiteriin; osoitti, että planeettajärjestelmien muodostumisprosessi on laajalle levinnyt galaksissamme; löysi pieniä protogalakseja havaitsemalla niiden lähettämän säteilyn, kun maailmankaikkeuden ikä oli alle miljardi vuotta.

Tutkalasermenetelmät erilaisten maan päällä olevien kohteiden (esimerkiksi auton, lentokoneen jne.) nopeuksien mittaamiseen perustuvat Doppler-ilmiöön. Laseranemometria on välttämätön menetelmä nesteen tai kaasun virtauksen tutkimiseen. Valoisen kappaleen atomien kaoottinen lämpöliike aiheuttaa myös sen spektrissä viivojen levenemisen, joka lisääntyy lämpöliikkeen nopeuden kasvaessa, ts. kaasun lämpötilan noustessa. Tätä ilmiötä voidaan käyttää kuumien kaasujen lämpötilan määrittämiseen.

Doppler-ilmiö on muutos vastaanottimen tallentamien aaltojen pituudessa ja taajuudessa, joka aiheuttaa niiden lähteen tai itse vastaanottimen liikkeen. Vaikutus sai tämän nimen sen keksineen Christian Dopplerin kunniaksi. Oletuksen todisti myöhemmin kokeellisella menetelmällä hollantilainen tiedemies Christian Ballot, joka laittoi puhallinsoittokunnan avoimeen junavaunuun ja kokosi laiturille ryhmän lahjakkaimmista muusikoista. Kun vaunut ja orkesteri kulki laiturin vieressä, muusikot soittivat nuotin ja kuuntelijat kirjoittivat kuulemansa paperille. Kuten odotettiin, äänenkorkeuden käsitys oli suoraan riippuvainen Dopplerin lain mukaan.

Doppler-ilmiön toiminta

Tämä ilmiö on selitetty hyvin yksinkertaisesti. Äänen kuuluvaan sävyyn vaikuttaa korvaan saapuvan ääniaallon taajuus. Kun äänilähde liikkuu henkilöä kohti, jokainen seuraava aalto tulee nopeammin ja nopeammin. Korva havaitsee aallot useammin, mikä saa äänen näyttämään korkeammalta. Mutta kun äänilähde siirtyy pois, seuraavat aallot säteilevät hieman pidemmälle ja saavuttavat korvan myöhemmin kuin edelliset, minkä vuoksi ääni tuntuu matalammalta.

Tämä ilmiö ei esiinny vain äänilähteen liikkeen aikana, vaan myös henkilön liikkeen aikana. "Juoksessaan" aaltoon ihminen ylittää sen harjanteet useammin, havaitessaan äänen korkeammalta ja siirtymällä pois aallosta - päinvastoin. Doppler-ilmiö ei siis riipu erikseen äänilähteen tai sen vastaanottimen liikkeestä. Vastaava äänen havainto tapahtuu niiden liikkuessa toistensa suhteen, ja tämä vaikutus on ominaista paitsi ääniaalloille myös valolle ja radioaktiiviselle säteilylle.

Doppler-ilmiön soveltaminen

Doppler-ilmiöllä on edelleen erittäin tärkeä rooli tieteen ja ihmisen toiminnan eri aloilla. Sen avulla tähtitieteilijät saivat selville, että maailmankaikkeus laajenee jatkuvasti ja tähdet "pakenevat" toisistaan. Doppler-ilmiö mahdollistaa myös avaruusalusten ja planeettojen liikkeen parametrien määrittämisen. Se muodostaa myös perustan liikennepoliisiviranomaisten autoissa käyttämien tutkien toiminnalle. Samaa vaikutusta käyttävät lääketieteen asiantuntijat, jotka käyttävät ultraäänilaitetta erottamaan suonet valtimoista injektioiden aikana.

Doppler-ilmiö on yksi merkittävistä löydöistä aaltoilmiöiden ominaisuuksien tutkimuksen alalla. Sen universaali luonne määrää sen, että nykyään tuhannet ja tuhannet monenlaiset laitteet ihmistoiminnan eri aloilla toimivat tämän vaikutuksen perusteella. Itävaltalainen fyysikko Christian Doppler löysi ilmiön, joka sitten nimettiin sen löytäjän mukaan, jo 1800-luvun puolivälissä. Doppler mittasi niiden aaltojen ominaisuuksia, jotka saapuivat vastaanottimeen liikkuvasta ja paikallaan olevasta lähteestä.

Jos tarkastellaan Doppler-ilmiötä sen yksinkertaisimmassa muodossa, on huomattava, että tämä kuvaa signaalin taajuuden muutosta suhteessa tämän signaalin lähteen liikkeen määrään sen vastaanottavalta vastaanottimelta. Esimerkiksi aallon, joka tulee tietystä lähteestä ja jolla on tietty kiinteä taajuus, vastaanotin vastaanottaa eri taajuudella, jos sen kulkemisen aikana lähde ja vastaanotin ovat vaihtaneet sijaintiaan suhteessa toisiinsa, ts. , he ovat muuttaneet. Tässä tapauksessa taajuuden ilmaisin kasvaa tai laskee riippuen siitä, mihin suuntaan lähdettä siirretään suhteessa vastaanottimeen. Doppler-ilmiön huomioon ottaen voidaan selvästi todeta, että jos vastaanotin siirtyy pois lähteestä, aaltotaajuuden arvo pienenee. Jos vastaanotin lähestyy aaltosäteilyn lähdettä, aallon taajuus kasvaa. Vastaavasti näistä laeista päätellään, että jos aallon lähde ja vastaanotin eivät ole vaihtaneet sijaintiaan sen kulun aikana, aallon taajuuden arvo pysyy samana.

Toinen tärkeä varoitus, joka luonnehtii Doppler-ilmiötä. Tämä ominaisuus on jossain määrin ristiriidassa lakien kanssa Tosiasia on, että taajuuden muutoksen arvo ei määräydy ainoastaan ​​sen perusteella, liikkuvatko vastaanotin ja säteilylähde, vaan myös se, mikä tarkalleen liikkuu. Mittaukset ovat osoittaneet, että taajuussiirtymä, jonka määrää mikä kohde liikkuu, on havaittavampi, mitä pienempi on vastaanottimen ja lähteen siirtymänopeuksien välinen ero aallonnopeudesta. Itse asiassa tapauksissa, joissa esiintyy Doppler-ilmiö, ristiriitaa suhteellisuusteorian kanssa ei löydy, koska tässä ei ole tärkeää vastaanottimen ja lähteen suhteellinen liike, vaan aallon liikkeen luonne elastisessa tilassa. väline, jossa se liikkuu.

Doppler-ilmiöllä on tällaisia ​​ominaisuuksia sekä akustista alkuperää olevien aaltojen että sähkömagneettisten aaltojen suhteen, paitsi että sähkömagneettisten aaltojen tapauksessa taajuusmuutosilmiöt eivät riipu siitä, liikkuuko lähde vai vastaanotin.

Se, miten tämä melko abstrakti vaikutus ilmenee, on kuitenkin melko helppo nähdä. Esimerkiksi Doppler-ilmiö akustiikassa voidaan nähdä, tai tarkemmin sanottuna kuulla, sillä hetkellä, kun liikenneruuhkassa seisoessaan kuulet ohikulkevan erikoisajoneuvon sireenimerkin. Varmasti kaikki ovat huomanneet sen tosiasian, että jos tällainen auto lähestyy, sireenin ääni kuuluu yhdellä tavalla, korkealla, ja kun tällainen auto ohittaa sinut, sireenin ääni kuuluu matalammalla. Tämä vahvistaa tarkasti akustisen signaalin taajuusarvon muutoksen olemassaolon.

Doppler-taajuudella on valtava rooli tutkasovelluksissa Kaikki tutka-asemat ja muut liikkuvien kohteiden havaitsemiseen käytettävät laitteet monilla ihmistoiminnan aloilla toimivat tämän vaikutuksen perusteella.

Sen ominaisuuksia käytetään lääketieteellisessä tekniikassa veren virtauksen määrittämiseen. Menettely, kuten Doppler-kaikututkimus, tunnetaan myös laajalti. Vedenalaisten alusten navigointilaitteet on rakennettu Doppler-ilmiön pohjalta, ja meteorologit mittaavat sen avulla pilvimassojen kulkunopeutta.

Jopa tähtitiede käyttää mittauksissaan Doppler-ilmiötä. Siten erilaisten tähtitieteellisten esineiden spektrien muutoksen suuruus määräytyy niiden liikkumisnopeuden avaruudessa, erityisesti tämän vaikutuksen perusteella esitettiin hypoteesi maailmankaikkeuden laajenemisesta.

Doppler-ilmiö on fysikaalinen ilmiö, joka koostuu aaltojen taajuuden muutoksesta riippuen näiden aaltojen lähteen liikkeestä havaitsijaan nähden. Lähteen lähestyessä sen lähettämien aaltojen taajuus kasvaa ja pituus pienenee. Kun aaltojen lähde siirtyy poispäin havainnoijasta, niiden taajuus pienenee ja aallonpituus kasvaa.

Esimerkiksi ääniaaltojen tapauksessa äänenvoimakkuus pienenee lähteen siirtyessä pois ja lähteen lähestyessä äänenkorkeus kasvaa. Niinpä sävelkorkeutta muuttamalla voit määrittää, onko juna, auto, jossa on erityisäänimerkki, jne. lähestyy vai poistuuko. Sähkömagneettisilla aalloilla on myös Doppler-ilmiö. Jos lähde poistetaan, havainnoija huomaa spektrin siirtymisen "punaiselle" puolelle, ts. kohti pidempiä aaltoja, ja lähestyttäessä - "violettiin", ts. kohti lyhyempiä aaltoja.

Doppler-ilmiö osoittautui erittäin hyödylliseksi löydökseksi. Hänen ansiostaan ​​maailmankaikkeuden laajeneminen löydettiin (galaksien spektrit ovat punasiirtyneitä, joten ne siirtyvät pois meistä); on kehitetty menetelmä sydän- ja verisuonijärjestelmän diagnosoimiseksi määrittämällä veren virtausnopeus; On luotu erilaisia ​​tutkoja, myös liikennepoliisin käyttämiä.

Suosituin esimerkki Doppler-ilmiön leviämisestä: auto, jossa on sireeni. Kun hän ajaa sinua kohti tai poispäin sinusta, kuulet yhden äänen, ja kun hän kulkee ohi, kuulet aivan toisen - alemman. Doppler-ilmiö ei liity vain ääniaaltoihin, vaan myös muihin. Doppler-ilmiön avulla voimme määrittää jonkin nopeuden, oli se sitten auto tai taivaankappaleet, edellyttäen, että tiedämme parametrit (taajuus ja aallonpituus). Kaikki puhelinverkkoihin liittyvä, Wi-Fi, turvahälyttimet - Doppler-ilmiö voidaan havaita kaikkialla.

Tai ota liikennevalo - siinä on punainen, keltainen ja vihreä väri. Riippuen siitä, kuinka nopeasti liikumme, nämä värit voivat vaihtua, mutta eivät keskenään, vaan siirtyä purppuraa kohti: keltainen muuttuu vihreäksi ja vihreä siniseksi.

No miksi? Jos siirrymme pois valonlähteestä ja katsomme taaksemme (tai liikennevalo siirtyy pois meistä), värit siirtyvät kohti punaista.

Ja luultavasti kannattaa selventää, että nopeus, jolla punainen voidaan sekoittaa vihreään, on paljon suurempi kuin nopeus, jolla voit ajaa teillä.

Vastaus

Kommentti

Doppler-ilmiön ydin on, että jos äänilähde lähestyy havainnoijaa tai siirtyy poispäin siitä, niin sen lähettämän äänen taajuus muuttuu havainnoijan näkökulmasta. Esimerkiksi ohi ajavan auton moottorin ääni muuttuu. Se on korkeampi lähestyessään sinua ja yhtäkkiä laskee, kun se lentää ohitsesi ja alkaa liikkua pois. Mitä suurempi äänilähteen nopeus, sitä suurempi taajuuden muutos.

Muuten, tämä vaikutus ei päde vain äänelle, vaan myös esimerkiksi valolle. Se on vain selvempi äänen kannalta - se voidaan havaita suhteellisen alhaisilla nopeuksilla. Näkyvällä valolla on niin korkea taajuus, että pienet Doppler-ilmiön aiheuttamat muutokset ovat näkymättömiä paljaalla silmällä. Joissain tapauksissa Doppler-ilmiö on kuitenkin otettava huomioon myös radioviestinnässä.

Jos et syvenny tiukoihin määritelmiin ja yritä selittää vaikutusta, kuten sanotaan, sormillasi, kaikki on melko yksinkertaista. Ääni (kuten valo tai radiosignaali) on aalto. Selvyyden vuoksi oletetaan, että vastaanotetun aallon taajuus riippuu siitä, kuinka usein vastaanotamme kaavamaisen aallon "harjat" (). Jos lähde ja vastaanotin ovat paikallaan (kyllä, suhteessa toisiinsa), vastaanotamme "harjanteita" samalla taajuudella, jolla vastaanotin lähettää ne. Jos lähde ja vastaanotin alkavat lähestyä toisiaan, alamme vastaanottaa useammin, mitä suurempi on lähestymisnopeus - nopeudet summautuvat. Tämän seurauksena vastaanottimen äänen taajuus on korkeampi. Jos lähde alkaa siirtyä pois vastaanottimesta, jokainen seuraava "harjunne" vie hieman kauemmin saavuttaakseen vastaanottimen - alamme vastaanottaa "harjuja" hieman harvemmin kuin lähde lähettää niitä. Äänen taajuus vastaanottimessa on matalampi.

Tämä selitys on jokseenkin kaavamainen, mutta heijastaa yleisperiaatetta.

Lyhyesti sanottuna havaitun taajuuden ja aallonpituuden muutos, kun lähde ja vastaanotin liikkuvat suhteessa toisiinsa. Liittyy aallon etenemisnopeuden äärellisyyteen. Jos lähde ja vastaanotin lähestyvät, taajuus kasvaa (aallon huippu tallennetaan useammin); siirtyä pois toisistaan ​​- taajuus laskee (aallon huippu tallennetaan harvemmin). Yleinen esimerkki vaikutuksesta on erikoispalveluiden sireeni. Jos ambulanssi lähestyy sinua, sireeni huutaa, kun se ajaa pois, se surisee kovaa. Erillinen tapaus on sähkömagneettisen aallon eteneminen tyhjiössä - siihen lisätään relativistinen komponentti ja Doppler-ilmiö ilmenee myös siinä tapauksessa, että vastaanotin ja lähde ovat liikkumattomia suhteessa toisiinsa, mikä selittyy ajan ominaisuuksilla .

Yritän vastata yksinkertaisimmalla tavalla:
Kuvittele, että seisot paikallaan ja joka sekunti käynnistät aallon (esimerkiksi äänelläsi), joka leviää sinusta säteittäisesti nopeudella 100 m/s.


Yläosa