22628

Явище Доплера в оптиці і в акустиці

Доклад

Физика

Акустичні хвилі розповсюджуються в середовищі газі всередині якого можуть рухатись джерело і приймаючий пристрійтак що потрібно розглядати не тільки їх рух відносно одинодного а й по відношенню до середовища. Швидкість хвилі в середовищі С=const не залежить від руху джерела. Отже хвилі що вийшли за час τ=t2t1 дійдуть до пристрію протягом часу Θ=Θ2Θ1=τ1V с. Вона рівна: у випадку віддалення від джерела у випадку наближення до джерела Так як швидкість хвилі в середовищі визначається властивостями хвилі тобто не залежить від руху...

Украинкский

2013-08-04

50.5 KB

0 чел.

37. Явище Доплера в оптиці і в акустиці.

Явище доплера- залежність частоти джерела від зміни відстані між джерелом та приймаючим пристроєм. Частота стає більшою при наближенні джерела до приймаючого пристроя , та стає меншою при віддаленні від нього.

                         Акустика.

Акустичні хвилі розповсюджуються в середовищі (газі), всередині якого можуть рухатись джерело і приймаючий пристрій,так що потрібно розглядати не тільки їх рух відносно один-одного, а й по відношенню до середовища.

Розглянемо випадки:

а) рух джерела;

б) рух приймача.

а) Джерело рухається відносно середовища зі швидкістю v. Швидкість хвилі в середовищі С=const, не залежить від руху джерела.

Нехай приймач знах. в точці В, джерело (S1) рух. Зі швидкістю V вздовж S1 В. Хвиля,

яка вийшла в момент часу t1 , коли джерело знаходилось на відстані S1B = a, від приймача, дойде до останнього к моменту: Θ1 = t1+a/c, хвиля що вийшла в момент t2=t1+τ, дойде до приймача в момент Θ2=t2+(а± Vτ)/c; оскільки відстань між джерелом і приймачем буде (а+) або (а- Vτ) в залежності від напрямку руху. Отже хвилі що вийшли за час τ=t2-t1, дійдуть до пристрію протягом часу Θ=Θ21=τ(1±V/с). Якщо ν0-частота джерела, то за час τ їм буде випущено N=ν0τ хвиль та частота, що приймається пристроєм є ν=N/Θ. Вона рівна:

- у випадку віддалення від джерела

- у випадку наближення до джерела

Так як швидкість хвилі в середовищі визначається властивостями хвилі, тобто не залежить від руху джерела і залишається рівною с, то обов`язково повинна бути зміна довжини хвилі. Якщо λ0-довжина хвилі, коли джерело не рухається, λ-довжина хвилі, коли джерело рухається, тоді:

. Отже при русі джерела в середовищі швидкість хвилі відносно пристрою,який знаходиться в цьому середовищі, залишається постійною, а частота і довжина хвилі змінюються.

б) Приймач рухається відносно середовища із швидкістю V , швидкість хвилі в середовищі = с. Аналогічно отримано Θ1 = t1+a/(c± V) , Θ2=t2+(а± Vτ)/(c± V), тому що зближення між хвилею і пристроєм відбувається із швидкістю (c±V) (швидкість хвилі відносно пристрою). Отже: Θ= τ(1±V/(c±V)), тоді частота, що приймається пристроєм, буде рівна:

- у випадку віддалення пристроя

-у випадку наближення

При русі приймача швидкість хвилі відносно нього складається з швидкості хвилі відносно середовища і швидкості пристрою відносно середовища, тобто рівна: (c±V)=с(1± V). Довжина хвилі, що приймається пристроєм не змінюється. Дійсно: Отже , у випадку руху приймача частота та швидкість хвилі відносно пристрою змінюється але довжина хвилі залишається незмінною.

Якщо враховувати, що напрямок спостереження складає кут φ з напрямком руху, тоді: -у випадку руху джерела

- у випадку руху приймача

Отже у випадку руху в середовищі ми маємо 2- ф-ли., які відрізняються на множник - 2-й порядок малості відносно V.(інколи може бути суттєвим).

Отже, якщо приймач рухається відносно середовища з швидкістю V , а джерело – u, тоді при u= V- явище Доплера немає місця. Якщо , то явищє Доплера відбувається, причому зміна частоти залежить не від різниці u-V, а від самих величин u і V. Тому в даному випадку це явище дозволяє визначити не тільки швидкість джерела відносно пристроя, но і швидкість джерела і пристрою відносно середовища.

                                    Оптика

Світові хвилі можуть розповсюджуватись в просторі, який нічим не заповнений (вакуум). Дослід Майкельсона довів, що в оптиці розповсюдження світових хвиль в нерухомому ефірі не має місця. Тобто всі процеси проходять таким чином, що є лише відносний рух приймача і джерела по відношенню один до одного, а поняття абсолютного руху(рух відносно середовища) не має змісту (принцип відносності). Отже ми будемо мати одну загальну формулу для явища Доплера, інакше ми б суперечили принципу відносності.

Для обох випадків, які ми розглядали в акустиці будемо мати:

Завдяки явищу Доплера були відкриті подвійні зірки, в астрофізиці оцінюють швидкість виверження водневих мас. Було констатовано зміщення водневих смуг в спектрах таких зірок, як Вега та Сиріус.