Kaip Veikia Doplerio Efektas

{h1}

Doplerio efektas yra tai, kodėl girdite judančio objekto garsą, artėjantį ar praeinantį. Sužinokite, kaip veikia doplerio efektas.

Jei jums patinka mįslės, jums patiks ši: Kaip muzikantas, grojantis vieną natą ant rago, gali pakeisti tą natą, nepakeisdamas to, kaip jis ar ji groja? Iš pradžių galite pamanyti, kad tai apgaulingas klausimas. Aišku, muzikantas turi ką nors padaryti, kad pakeistų žingsnį, tiesa? Neteisinga. Jei muzikantas groja tą pačią natą judėdamas link nejudančio klausytojo ar nuo jo, klausytojo išgirsta natas iš tikrųjų pasikeis - net jei muzikantas nieko nedaro.

1845 m. Šį eksperimentą atliko olandų mokslininkas Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot. Jis surinko ragų grotuvų grupę ir padėjo juos į atvirą vežimėlį, pritvirtintą prie lokomotyvo. Tada jis turėjo inžinierių paleisti lokomotyvą, kad jis galėtų vežti vežimėlį su ragų grotuvais pirmyn ir atgal per trasą. Kai jie buvo traukiami, muzikantai grojo viena nata ant savo rago. Balsavimas stovėjo šalia takelio ir atidžiai klausėsi, traukiniui artėjant ir važiuojant. Ir jo išgirstos natos buvo kitokios nei muzikantų grojamos natos.

Nors ir neįprastas, Balotso eksperimentas aiškiai parodė vieną iš svarbiausių mokslininkams žinomų bangų reiškinių. Šis reiškinys vadinamas Doplerio efektas po austrų matematiko Christiano Johanno Dopplerio, kuris pirmą kartą prognozavo šį keistą garso elgesį 1842 m., šiandien mokslininkai žino, kad Doplerio efektas galioja visų rūšių bangoms, įskaitant vandenį, garsą ir šviesą. Jie taip pat gerai supranta, kodėl atsiranda Doplerio efektas. Jie įtraukė jo principus į daugybę naudingų įrankių ir įtaisų.

Šiame straipsnyje mes nagrinėsime viską, kas yra Dopleris: žmogus, mokslas ir technologijos. Bet pirmiausia turime padėti pagrindą. Kadangi Doplerio efektas yra reiškinys, susijęs su bangomis, pradėkime nuo kai kurių dviejų pagrindinių bangų tipų - šviesos ir garso - pagrindų.

Bangos pagrindai

Kaip veikia Doplerio efektas: doplerio

Kai dauguma žmonių galvoja apie bangas, jie galvoja apie vandens bangas. Bet šviesa ir garsas taip pat keliauja kaip bangos. Šviesos banga, kaip ir vandens banga, yra a pavyzdys skersinė banga, kuris sukelia trikdžius terpėje, statmenoje judančios bangos krypčiai. Žemiau esančioje diagramoje taip pat galite pamatyti, kaip skersinės bangos sudaro įdubimus ir lovius.

Atstumas tarp bet kurių dviejų šerdžių (arba bet kurių dviejų lovelių) yra: bangos ilgio, o keteros aukštis (arba lovio gylis) yra amplitudė. Dažnis nurodo įdubimų ar lovelių, kurie praeina fiksuotą tašką per sekundę, skaičių. Šviesos bangos dažnis lemia jos spalvą: aukštesni dažniai sukuria spalvas mėlyname ir violetiniame spektro gale, o žemesni dažniai sukuria spalvas raudoname spektro gale.

Garso bangos nėra skersinės bangos. Jie yra išilginės bangos, kurį sukuria tam tikros rūšies mechaninė vibracija, kuri terpėje sukuria daugybę suspaudimų ir retų dalių. Pasiimk medienos pučiamąjį instrumentą, pavyzdžiui, klarnetą. Kai pučiate į klarnetą, plona nendrė pradeda vibruoti. Vibruojančios nendrės pirmiausia prisispaudžia prie oro molekulių (terpės), tada pasitraukia. Dėl to susidaro sritis, kurioje visos oro molekulės yra suspaustos, ir šalia jos - sritis, kurioje oro molekulės yra išsidėsčiusios toli viena nuo kitos. Kai šie suspaudimai ir retosios fazės plinta iš vieno taško į kitą, jie sudaro išilginę bangą, kurios trukdis terpėje juda ta pačia kryptimi kaip ir pati banga.

Kaip veikia Doplerio efektas: kaip

Ištyrę aukščiau pateiktą bangos schemą pamatysite, kad išilginės bangos turi tas pačias pagrindines charakteristikas kaip ir skersinės bangos. Jie turi bangos ilgį (atstumą tarp dviejų glaudinimų), amplitudę (terpės kiekis yra suspaustas) ir dažnį (kompresijų, kurios praeina fiksuotą tašką per sekundę, skaičių). Garso bangos amplitudė lemia ją intensyvumas, arba garsumas. Garso bangos dažnis lemia jos ilgį, o aukštesni dažniai sukuria aukštesnes natas. Pavyzdžiui, atvira šeštoji gitaros styga vibruoja 82,407 herco dažniu (ciklai per sekundę) ir sukuria mažesnį garsą. Atvira pirmoji styga vibruoja 329,63 Hz dažniu ir sukuria didesnį žingsnį.

Kaip pamatysime kitame skyriuje, Doplerio efektas yra tiesiogiai susijęs su bangos dažniu, nesvarbu, ar ji sudaryta iš vandens, šviesos ar garso.

Bangos dažnis

Kaip veikia Doplerio efektas: kaip

Pradėkime Doplerio efekto išskaidymą apsvarstydami šaltinį, kuris vandenyje sukuria bangas tam tikru dažniu. Šis šaltinis sukuria bangos fronto serijas, kurių kiekviena juda į išorę sferoje, kurios centre yra šaltinis. Atstumas tarp bangos kreivių - bangos ilgis - išliks toks pats visą sferą. Stebėtojas, esantis prieš bangos šaltinį, matydamas bangas matys bangas vienodais atstumais. Taip bus ir stebėtojui, esančiam už bangos šaltinio.

Dabar apsvarstykime situaciją, kai šaltinis nėra stacionarus, bet juda į dešinę, nes sukuria bangas. Kadangi šaltinis juda, jis pradeda pasivyti bangų skiautes vienoje pusėje, toldamas nuo priešingų pusių. Stebėtojas, esantis priešais šaltinį, matys, kaip visos žievės yra surištos. Už šaltinio esantis stebėtojas matys visas bangas ištiestas. Atminkite, kad dažnis yra lygus bangų, kurios praeina tam tikrą tašką per sekundę, skaičiui, taigi priekyje esantis stebėtojas iš tikrųjų mato didesnį dažnį nei šaltinis, esantis už nugaros.

Aukščiau pateiktame scenarijuje aprašomos bangos, suformuotos vandenyje, tačiau ji taip pat taikoma garso ir šviesos bangoms. Garso bangos yra girdimos, o ne matomos, todėl stebėtojas išgirstas sujungtas bangas girdi kaip aukštesnio garso garsą, o ištemptas bangas - kaip mažesnio garso garsą. Pavyzdžiui, apsvarstykite automobilį, važiuojantį užmiestyje tarp dviejų stebėtojų, kaip parodyta žemiau. Variklio riaumojimas ir trintis tarp padangų ir kelio paviršiaus sukuria triukšmą - erdvę, kurią gali girdėti tiek stebėtojai, tiek vairuotojas.

Vairuotojui šis triukšmas nesikeis. Bet priešais automobilį esantis stebėtojas išgirs didesnį triukšmą. Kodėl? Kadangi garso bangos suspaudžiamos transporto priemonei artėjant priešais esantį stebėtoją. Tai padidina bangos dažnį, o padalos aukštis padidėja. Stebėtojas, esantis už automobilio, išgirs mažesnį triukšmą, nes garso bangos tęsiasi automobiliui važiuojant. Dėl to sumažėja bangos dažnis, o kambario dydis sumažėja.

Šviesos bangos yra suvokiamos kaip spalva, todėl stebėtojas suvokia surištas bangas kaip melsvesnę spalvą, o ištemptos bangos - kaip raudonesnę spalvą. Pavyzdžiui, apsvarstykite astronomą, stebintį galaktiką per teleskopą. Jei galaktika ritasi link Žemės, jos skleidžiamos šviesos bangos artėja prie astronomo teleskopo. Tai padidina bangos dažnį, dėl kurio jos spektro išvesties spalvos keičiasi link mėlynos. Jei galaktika bėga nuo Žemės, jos skleidžiamos šviesos bangos išsisklaidys, atsitraukdamos nuo astronomo teleskopo. Tai sumažina bangos dažnį, dėl kurio jos spektro išvesties spalvos keičiasi raudonos spalvos link.

Kaip galite įsivaizduoti, astronomai reguliariai naudojasi Doplerio efektu, kad išmatuotų greitį, kuriuo planetos, žvaigždės ir galaktikos juda. Tačiau jo naudingumas neapsiriboja kosmine erdve. Doplerio atradimas yra neatsiejama kelių programų, esančių čia, Žemėje, dalis.

Visatos kilmė: mąstymo pokytis

1929 m. Edwinas Hablas pastebėjo, kad šviesa, sklindanti iš beveik visų jo tyrinėtų galaktikų, pagal Doplerio efektą buvo nukreipta į raudoną spektro galą. Jis teigė, kad tik „galaktikos“, nutolusios nuo mūsų galaktikos, gali sukelti šiuos „raudonus poslinkius“. Tai lėmė mintį, kad visata plečiasi, ir galiausiai prie Didžiojo sprogimo teorijos.

Doplerio efekto praktiniai pritaikymai

Maždaug po 160 metų, kai Dopleris pirmą kartą aprašė bangos fenomeną, kuris sustiprins jo vietą istorijoje, atsirado keletas praktinių Doplerio efekto taikymo būdų tarnauti visuomenei. Visose šiose programose vyksta tas pats pagrindinis dalykas: nejudantis siųstuvas šaudo bangomis į judantį objektą. Bangos pataiko į objektą ir atsimuša. Siųstuvas (dabar imtuvas) nustato grįžtančių bangų dažnį. Remiantis Doplerio poslinkio dydžiu, galima nustatyti objekto greitį. Pažvelkime į keletą konkrečių pavyzdžių.

Policijos radaras

Rankiniai radaro pistoletai, kuriuos policija naudoja tikrindami greitį viršijančias transporto priemones, priklauso nuo Doplerio efekto. Štai kaip jie dirba:

Šis turinys šiame įrenginyje nesuderinamas.

  1. Policijos pareigūnas užima poziciją kelio pusėje.
  2. Pareigūnas nukreipia savo radaro pistoletą į artėjančią transporto priemonę. Pistoletas siunčia radijo bangas tam tikru dažniu.
  3. Radijo bangos atsitrenkia į transporto priemonę ir grįžta link radaro pistoleto.
  4. Radaro pistoletas matuoja grįžtančių bangų dažnį. Kadangi automobilis juda ginklo link, grįžtančių bangų dažnis bus didesnis nei iš pradžių ginklo perduodamų bangų. Kuo greitesnis automobilio greitis, tuo didesnis grįžtamosios bangos dažnis.
  5. Išmetamo dažnio ir atspindėto dažnio skirtumas naudojamas transporto priemonės greičiui nustatyti. Pistoleto viduje esantis kompiuteris akimirksniu atlieka skaičiavimą ir pareigūnui rodo greitį.

Doplerio radaras

Meteorologai, skaitydami oro įvykius, naudoja panašų principą. Šiuo atveju nejudantis siųstuvas yra orų stotyje, o judantis tiriamas objektas yra audros sistema. Taip atsitinka:

  1. Radijo bangos skleidžiamos iš meteorologinės stoties tam tikru dažniu.
  2. Bangos yra pakankamai didelės, kad galėtų sąveikauti su debesimis ir kitais atmosferos objektais. Bangos atsitrenkia į objektus ir grįžta link stoties.
  3. Jei debesys ar krituliai tolsta nuo stoties, atgal atspindėtų bangų dažnis mažėja. Jei debesys ar krituliai juda link stoties, atgal atspindėtų bangų dažnis didėja.
  4. Radaro kompiuteriai elektroniniu būdu konvertuoja Doplerio poslinkio duomenis apie atsispindinčias radijo bangas į paveikslėlius, rodančius vėjo greitį ir kryptį.

Doplerio vaizdai nėra tas pats, kas atspindžio atvaizdai. Atspindimo atvaizdai taip pat priklauso nuo radaro, tačiau jie nėra pagrįsti bangos dažnio pokyčiais. Vietoj to, meteorologinė stotis siunčia energijos pluoštą, tada matuoja, kiek to spindulio atspindi atgal. Šie duomenys naudojami formuojant kritulių intensyvumo vaizdus, ​​kuriuos visą laiką matome orų žemėlapiuose, kur mėlyna yra nedideli krituliai, o raudona - stiprūs krituliai.

Doplerio echokardiograma

Tradicinėje echokardiogramoje naudojamos širdies bangos, kad būtų sukurti širdies vaizdai. Atlikdamas šią procedūrą, radiologas naudoja keitiklį, norėdamas perduoti ir priimti ultragarso bangas, kurios atsispindi, kai jos pasiekia dviejų skirtingų tankių struktūrų kraštus. Echokardiogramoje atvaizduojami širdies struktūrų kraštai, tačiau juo negalima išmatuoti kraujo, tekančio per širdį, greičio. Norint pateikti šią papildomą informaciją, reikia naudoti Doplerio metodus. Doplerio echokardiogramoje tam tikro dažnio garso bangos perduodamos į širdį. Garso bangos atitraukia kraujo ląsteles, judančias per širdį ir kraujagysles. Šių ląstelių judėjimas link perduodamų bangų arba toliau nuo jų sukelia dažnio poslinkį, kurį galima išmatuoti. Tai padeda kardiologams nustatyti kraujo tėkmės širdyje greitį ir kryptį.

Sumušdamas strėlę

Doplerio efektas naudojamas daugelyje technologijų, naudingų žmonėms. Bet tai taip pat gali turėti neigiamos įtakos. Pavyzdžiui, garsinės strėlės, kurias sukelia viršgarsiniai orlaiviai, gali sukelti nepageidaujamus garsus ir virpesius žemėje, todėl viršgarsiniais lėktuvais neleidžiama skristi virš apgyvendintų vietų. Garso strėlės yra tiesiogiai susijusios su Doplerio efektu. Jie atsiranda, kai lėktuvai, skraidantys didesniu garso greičiu, iš tikrųjų skraido greičiau nei jų skleidžiamos garso bangos. Visos bangos susikaupia už amato, nepaprastai mažoje erdvėje. Kai susisukusios bangos pasiekia stebėtoją, jos yra „girdimos“ vienu metu - kaip skambanti strėlė.

Karinės oro pajėgos ir NASA eksperimentuoja su keliais išradimais, padedančiais sušvelninti garso bangas. Vienas tokių išradimų yra smaigalys, besitęsiantis nuo lėktuvo nosies. Šis smaigalys iš esmės prailgina plokštumą ir paskirsto bangas didesniu atstumu. Tai sumažina strėlės, kurią patiria stebėtojas ant žemės.

Vardo pripažinimas

Kristianas Dopleris

Kristianas Dopleris

1992 m. Austrija pažymėjo Doplerio efekto atradimo 150-ąsias metines išleisdama antspaudą su plonu krikščionio Johanno Doplerio veidu. Nors Dopleris niekada negalėjo įsivaizduoti tokios duoklės, jis nuo pat pradžių suvokė savo darbo svarbą. 1842 m. Dokumente, kuriame pirmą kartą aprašytas reiškinys, Dopleris pasiūlė šią prognozę: „Beveik reikia užtikrintai sutikti, kad [Doplerio efektas] artimiausioje ateityje astronomams pasiūlys palankias priemones nustatyti tokių judesius ir atstumus. žvaigždės, kurios dėl neišmatuojamo atstumo nuo mūsų ir dėl to kylančio paralaktinio kampo mažumo, iki šio momento vargu ar suteikė viltį tokiems matavimams ir nustatymams.

„Nelabai tolima ateitis“ baigėsi beveik 100 metų, o per kiek laiko prireikė, kad Doplerio efektas padarytų didelį poveikį kosmologijai, meteorologijai ir medicinai. Bet tai neabejotinai padarė įtaką ir padarė Doplerį vienu iš labiausiai pripažintų vardų mokslo istorijoje.

Norėdami gauti daugiau informacijos apie Doplerio efektą ir susijusias temas, apsilankykite kito puslapio nuorodose.

Doplerio dokumentų rinkinys

Pasakykite „reliatyvumas“ ir iškart suformuosite psichinį Alberto Einšteino įvaizdį: balti ir laukiniai plaukai, krūminiai ūsai ir susimąstytos akys. Tačiau nedaugelis žmonių gali pavaizduoti vyrą už Doplerio efekto. Norėdami išspręsti šią problemą, peržiūrėkime keletą Doplerio statistinių duomenų:

Gimtadienis: 1803 m. Lapkričio 29 d

Gimimo vieta: Zalcburge, Austrijoje

Kolegija: Vienos politechnikos institutas

Patirtis: Matematika, mechanika ir astronomija

Vedęs: Mathild Sturm, 1836 m

Vaikai: Trys sūnūs, dvi dukros

Mirtis: Nuo tuberkuliozės, 1853 m. Kovo 17 d

Dopleris pirmą kartą aprašė atradimą, kuris bus jo vardas, 1842 m. Išleistame dokumente, pavadinimu „Über das farbige Licht der Doppelsterne“ („Dėl dvigubų žvaigždžių ir kai kurių kitų dangaus žvaigždžių spalvos“). Po šešerių metų prancūzų fizikas, vardu Armand-Hippolyte-Louis Fizeau, nežinojęs apie Doplerio kūrybą, išleis panašų dokumentą, kuriame aprašomas visiškai tas pats reiškinys, kaip ir jis buvo taikomas raudonai ir mėlynai keičiant žvaigždes. Tiesą sakant, kai kurie mokslininkai šviesos poslinkį apibūdina kaip Doplerio-Fizeau efektą.


Vaizdo Papildas: Tesla Motors: Radar Mechanics Explained! Autopilot/Autonomous Radar.




Tyrimas


„Malaysia Airlines“ Skrydis 370: Ar Yra Bermudų Trikampio Jungtis?
„Malaysia Airlines“ Skrydis 370: Ar Yra Bermudų Trikampio Jungtis?

10 Geriausių Baisių „Sci-Fi“ Serijų
10 Geriausių Baisių „Sci-Fi“ Serijų

Mokslas Naujienos


Ankstyvas Embriono Nelyginis Elgesys Atskleidžia Persileidimo Tikimybę
Ankstyvas Embriono Nelyginis Elgesys Atskleidžia Persileidimo Tikimybę

Nuobodūs Biuro Darbuotojai Kreipiasi Į Šokoladą, Kavą Ir Booze
Nuobodūs Biuro Darbuotojai Kreipiasi Į Šokoladą, Kavą Ir Booze

Dingojai Pirmą Kartą Eksponuojami Cleveland Zoologijos Sode
Dingojai Pirmą Kartą Eksponuojami Cleveland Zoologijos Sode

Magnetai Po Smūgio Gali „Atrakinti“ Paralyžiuotą Ranką
Magnetai Po Smūgio Gali „Atrakinti“ Paralyžiuotą Ranką

Įprasta Buitinė Chemija Gali Padidinti Vaikų Egzemos Riziką
Įprasta Buitinė Chemija Gali Padidinti Vaikų Egzemos Riziką


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com