|
Разделы Физики
КИНЕМАТИКА
ОСНОВЫ ДИНАМИКИ
СИЛЫ В ПРИРОДЕ
ЭЛЕМЕНТЫ СТАТИКИ
Законы сохранения в механике
Механические колебания
Волны
Молекулярно-кинетическая теория
Термодинамика
Электрическое поле
Постоянный электрический ток
Магнитное поле
Электромагнитные колебания и волны
Геометрическая оптика
Волновая оптика
Основы специальной теории относительности
Квантовая физика
Физика атома и атомного ядра
Волны
2.6 Механические волны
2.7 Звук
2.8 Эффект Доплера
|
|
2.8. Эффект Доплера
Если источник
звука и наблюдатель движутся друг относительно друга, частота звука,
воспринимаемого наблюдателем, не совпадает с частотой источника звука. Это
явление носит название эффекта Доплера (1842 г.).
Звуковые волны
распространяются в воздухе (или другой однородной среде) с постоянной скоростью,
которая зависит только от свойств среды. Однако, длина волны и частота звука
могут существенно изменяться при движении источника звука и наблюдателя.
Рассмотрим
простой случай, когда скорость источника υИ и скорость
наблюдателя υН относительно среды
направлены вдоль прямой, которая их соединяет. За положительное
направление для υИ и υН можно
принять направление от наблюдателя к источнику. Скорость звука υ
всегда считается положительной.
1
|
| Рисунок 2.8.1.
Эффект Доплера. Случай движущегося наблюдателя. Последовательные
положения наблюдателя показаны через период TН
звука, воспринимаемого наблюдателем.
|
Рис. 2.8.1
иллюстрирует эффект Доплера в случае движущегося наблюдателя и неподвижного
источника. Период звуковых колебаний, воспринимаемых наблюдателем, обозначен
через TН. Из рис. 2.8.1 следует:
Принимая во
внимание
и
получим:
Если наблюдатель
движется в направлении источника (υН > 0), то
fН > fИ,
если наблюдатель движется от источника (υН < 0), то
fН < fИ.
2
|
| Рисунок 2.8.2.
Эффект Доплера. Случай движущегося источника. Последовательные
положения источника показаны через период T
звука, излучаемого источником.
|
На рис. 2.8.2
наблюдатель неподвижен, а источник звука движется с некоторой скоростью υИ.
В этом случае согласно рис. 2.8.2 справедливо соотношение:
| υt + υИT = υ(t – T) + λ или (υИ + υ)T = λ,
|
где
и
Отсюда следует:
Если источник
удаляется от наблюдателя, то υИ > 0 и, следовательно,
fН < fИ.
Если источник приближается к наблюдателю, то υИ < 0 и
fН > fИ.
В общем случае,
когда и источник, и наблюдатель движутся со скоростями υИ
и υН, формула для эффекта Доплера приобретает вид:
Это соотношение
выражает связь между fН и
fИ. Скорости υИ
и υН всегда измеряются относительно
воздуха или другой среды, в которой распространяются звуковые волны. Это
так называемый нерелятивистский Доплер-эффект.
В случае
электромагнитных волн в пустоте (свет, радиоволны) также наблюдается эффект
Доплера. Так как для распространения электромагнитных волн не требуется
материальная среда, можно рассматривать только относительную
скорость υ источника и наблюдателя. Выражение для
релятивистского Доплер-эффекта имеет вид
где c – скорость света. Когда υ > 0,
источник удаляется от наблюдателя и fН < fИ,
в случае υ < 0 источник приближается к наблюдателю, и
fН > fИ.
Доплер-эффект
широко используется в технике для измерения скоростей движущихся объектов («доплеровская
локация» в акустике, оптике и радио).
Книги о Швеции. Книги на шведском языке. Шведский язык.
|
