Efekti Doppler për formulën e valëve të dritës. Efekti Doppler për valët e zërit

Nëse burimi i zërit dhe vëzhguesi lëvizin në raport me njëri-tjetrin, frekuenca e zërit të perceptuar nga vëzhguesi nuk është e njëjtë me frekuencën e burimit të zërit. Ky fenomen, i zbuluar në vitin 1842, quhet Efekti Doppler .

Valët e zërit udhëtojnë në ajër (ose të tjera mjedis homogjen) Me shpejtësi konstante, e cila varet vetëm nga vetitë e mjedisit. Megjithatë, gjatësia e valës dhe frekuenca e zërit mund të ndryshojnë ndjeshëm ndërsa burimi i zërit dhe vëzhguesi lëvizin.

Le të shqyrtojmë një rast të thjeshtë kur shpejtësia e burimit është υ И dhe shpejtësia e vëzhguesit është υ Н në lidhje me mjedisin drejtuar përgjatë vijës së drejtë që i lidh ato. Për drejtimin pozitiv për υDHEdhe υNmund të merret drejtimi nga vëzhguesi te burimi. Shpejtësia e zërit υ konsiderohet gjithmonë pozitive.

Oriz. 2.8.1 ilustron efektin Doppler në rastin e një vëzhguesi në lëvizje dhe një burimi të palëvizshëm. Periudha dridhjet e zërit, e perceptuar nga vëzhguesi, shënohet me T N. Nga Fig. 2.8.1 vijon:

Kushtojini vëmendje

Nëse vëzhguesi lëviz në drejtim të burimit (υ Н > 0), atëherë f N> f Dhe, nëse vëzhguesi lëviz nga burimi (υ N< 0), то f N< f DHE.

Në Fig. 2.8.2 vëzhguesi është i palëvizshëm, dhe burimi i zërit lëviz me një shpejtësi të caktuar υ И Në këtë rast, sipas Fig. 2.8.2 relacioni i mëposhtëm është i vlefshëm:

Kjo nënkupton:

Nëse burimi largohet nga vëzhguesi, atëherë υ И > 0 dhe, për rrjedhojë, f N< f I. Nëse burimi i afrohet vëzhguesit, atëherë υ I< 0 и f N> f DHE.

NË rast i përgjithshëm, kur si burimi ashtu edhe vëzhguesi lëvizin me shpejtësi υ И dhe υ Н, formula për efektin Doppler merr formën:

Ky raport shpreh marrëdhënien ndërmjet f N dhe f I. Shpejtësitë υ I dhe υ N maten gjithmonë në lidhje me ajrin ose medium tjetër në të cilin përhapen valët e zërit. Ky është i ashtuquajturi efekti jorelativist Doppler.

Kur valët elektromagnetike në vakum (dritë, radiovalë) vërehet edhe efekti Doppler. Meqenëse përhapja e valëve elektromagnetike nuk kërkon mjedisi material, mund të merret parasysh vetëm shpejtësi relativeυ burim dhe vëzhgues.

Shprehje për efekti relativist Doppler duket si

Ku c- shpejtësia e dritës. Kur υ > 0, burimi largohet nga vëzhguesi dhe f N< f Dhe, në rastin e υ< 0 источник приближается к наблюдателю, и f N> f DHE.

Efekti Doppler përdoret gjerësisht në teknologji për të matur shpejtësinë e objekteve në lëvizje ( "Vendndodhja e dopplerit" në akustikë, optikë dhe radio).

A keni vënë re ndonjëherë se zhurma e një sirene makine ka lartësi të ndryshme kur afrohet apo largohet në lidhje me ju?

Dallimi në frekuencën e bilbilit ose sirenës së një treni ose makine që tërhiqet dhe afrohet është ndoshta shembulli më i dukshëm dhe më i përhapur i efektit Doppler. I zbuluar teorikisht nga fizikani austriak Christian Doppler, ky efekt do të luante më vonë një rol kyç në shkencë dhe teknologji.

Për një vëzhgues, gjatësia e valës së rrezatimit do të ketë kuptim të ndryshëm me shpejtësi të ndryshme të burimit në raport me vëzhguesin. Me afrimin e burimit, gjatësia e valës do të ulet, dhe ndërsa largohet, do të rritet. Prandaj, me gjatësia valore ndryshon edhe frekuenca. Prandaj, frekuenca e bilbilit të një treni që afrohet është dukshëm më e lartë se frekuenca e bilbilit kur ai largohet. Në fakt, ky është thelbi i efektit Doppler.

Efekti Doppler qëndron në themel të funksionimit të shumë instrumenteve matëse dhe kërkimore. Sot përdoret gjerësisht në mjekësi, aviacion, astronautikë dhe madje edhe në jetën e përditshme. Efekti Doppler fuqizon navigimin satelitor dhe radarët rrugorë, makinat me ultratinguj dhe alarmet e sigurisë. Efekti Doppler është bërë gjerësisht i zbatueshëm në kërkimin shkencor. Ndoshta ai është më i njohur në astronomi.

Shpjegimi i efektit

Për të kuptuar natyrën e efektit Doppler, thjesht shikoni sipërfaqen e ujit. Rrathët në ujë demonstrojnë në mënyrë të përkryer të tre komponentët e çdo valë. Le të imagjinojmë që një notues i palëvizshëm krijon rrathë. Në këtë rast, periudha do të korrespondojë me kohën e kaluar midis emetimit të njërit dhe rrethit tjetër. Frekuenca është e barabartë me numrin e rrathëve të emetuar nga float në një periudhë të caktuar kohore. Gjatësia e valës do të jetë e barabartë me diferencën në rrezet e dy rrathëve të emetuar në mënyrë të njëpasnjëshme (distanca midis dy kreshtave ngjitur).

Le të imagjinojmë se një varkë po i afrohet kësaj note të palëvizshme. Meqenëse lëviz drejt kreshtave, shpejtësia e varkës do t'i shtohet shpejtësisë së përhapjes së rrathëve. Prandaj, në lidhje me varkën, shpejtësia e kreshtave që vijnë do të rritet. Gjatësia e valës do të ulet në të njëjtën kohë. Rrjedhimisht, koha që do të kalojë midis ndikimeve të dy rrathëve ngjitur në anën e varkës do të ulet. Me fjalë të tjera, periudha do të ulet dhe, në përputhje me rrethanat, frekuenca do të rritet. Në të njëjtën mënyrë, për një varkë që tërhiqet, shpejtësia e kreshtave që do ta kapin tani do të ulet dhe gjatësia e valës do të rritet. Që do të thotë rritje e periudhës dhe ulje e frekuencës.

Tani imagjinoni që nota ndodhet midis dy varkave të palëvizshme. Për më tepër, peshkatari në njërën prej tyre tërheq noton drejt vetes. Duke marrë shpejtësinë në lidhje me sipërfaqen, nota vazhdon të lëshojë saktësisht të njëjtat rrathë. Sidoqoftë, qendra e çdo rrethi pasues do të zhvendoset në lidhje me qendrën e rrethit të mëparshëm drejt varkës drejt së cilës lundrimi po afrohet. Prandaj, në anën e kësaj varke, distanca midis kreshtave do të zvogëlohet. Rezulton se rrathët me një gjatësi vale të reduktuar, dhe për këtë arsye me një periudhë të reduktuar dhe frekuencë të shtuar, do të vijnë në varkë me peshkatarin që tërheq notën. Në mënyrë të ngjashme, valët me gjatësi, periudhë dhe frekuencë të rritur do të arrijnë një peshkatar tjetër.

Yje me shumë ngjyra

Modele të tilla të ndryshimeve në karakteristikat e valëve në sipërfaqen e ujit u vunë re dikur nga Christian Doppler. Ai e përshkroi çdo rast të tillë matematikisht dhe të dhënat e marra i aplikoi për tingullin dhe dritën, të cilat gjithashtu kanë natyrë valore. Doppler sugjeroi që ngjyra e yjeve varet drejtpërdrejt nga shpejtësia me të cilën ata afrohen ose largohen prej nesh. Ai e përshkroi këtë hipotezë në një artikull që ai paraqiti në 1842.

Vini re se Doppler gaboi për ngjyrën e yjeve. Ai besonte se të gjithë yjet rrezatojnë Ngjyra e bardhë, e cila më pas shtrembërohet për shkak të shpejtësisë së tyre në raport me vëzhguesin. Në fakt, efekti Doppler nuk ndikon në ngjyrën e yjeve, por në modelin e spektrit të tyre. Për yjet që largohen nga ne, të gjitha linjat e errëta të spektrit do të rrisin gjatësinë e valës - do të zhvendosen në anën e kuqe. Ky efekt është vendosur në shkencë me emrin "ndërrimi i kuq". Në yjet që afrohen, përkundrazi, linjat priren në pjesën e spektrit me një frekuencë më të lartë - ngjyrën vjollcë.

Kjo veçori e linjave të spektrit, bazuar në formulat e Doppler-it, u parashikua teorikisht në 1848 fizikan francez ArmanFiso. Kjo u konfirmua eksperimentalisht në 1868 nga William Huggins, i cili dha një kontribut të madh në studimin spektral të hapësirës. Tashmë në shekullin e 20-të, efekti Doppler për linjat në spektër do të quhej "ndërrimi i kuq", të cilit do të kthehemi.

Koncert në shina

Në 1845, meteorologu holandez Beuys-Ballot, dhe më vonë vetë Doppler, kryen një sërë eksperimentesh për të testuar efektin e "tingullit" Doppler. Në të dyja rastet, ata përdorën efektin e përmendur më parë të bririt të një treni që afrohej dhe nisej. Rolin e bilbilit e luanin grupe trumbetistësh që luanin një notë të caktuar ndërsa ishin në një vagon të hapur të një treni në lëvizje.

Beuys-Ballot i la trumbetistët të kalonin njerëzit me dëgjim të mirë, të cilët e regjistruan ndryshimin në notë kur shpejtësi të ndryshme përbërjen. Më pas ai përsëriti këtë eksperiment, duke i vendosur trumbetistët në një platformë dhe dëgjuesit në një karrocë. Doppler regjistroi disonancën e notave të dy grupeve të trumbetistëve, të cilët iu afruan dhe u larguan prej tij në të njëjtën kohë, duke luajtur një notë.

Në të dyja rastet efekti Doppler për valët e zërit konfirmuar me sukses. Për më tepër, secili prej nesh mund ta kryejë këtë eksperiment në Jeta e përditshme dhe konfirmojeni vetë. Prandaj, përkundër faktit se efekti Doppler u kritikua nga bashkëkohësit, kërkimet e mëtejshme e bënë atë të pamohueshëm.

Siç u përmend më herët, efekti Doppler përdoret për të përcaktuar shpejtësinë objektet hapësinore në lidhje me vëzhguesin.

Linjat e errëta në spektrin e objekteve kozmike fillimisht janë të vendosura gjithmonë në një vendndodhje rreptësisht të fiksuar. Ky vend korrespondon me gjatësinë e valës së absorbimit të një elementi të caktuar. Për një objekt që afrohet ose tërhiqet, të gjitha brezat ndryshojnë pozicionin e tyre në zonën vjollce ose të kuqe të spektrit, përkatësisht. Krahasimi i vijave spektrale të tokës elementet kimike Me linja të ngjashme në spektrat e yjeve, ne mund të vlerësojmë se sa shpejt një objekt po afrohet ose po largohet prej nesh.

Zhvendosja e kuqe në spektrat e galaktikave u zbulua nga astronomi amerikan Vesto Slifer në 1914. Bashkatdhetari i tij Edwin Hubble krahasoi distancat me galaktikat e zbuluara prej tij me madhësinë e zhvendosjes së tyre të kuqe. Kështu në vitin 1929 ai arriti në përfundimin se sa më larg të jetë galaktika, aq më shpejt po largohet nga ne. Siç doli më vonë, ligji që ai zbuloi ishte mjaft i pasaktë dhe nuk e përshkruante saktë pamjen reale. Megjithatë, Hubble vendosi prirjen e duhur për kërkime të mëtejshme nga shkencëtarë të tjerë, të cilët më pas do të prezantonin konceptin e zhvendosjes së kuqe kozmologjike.

Ndryshe nga zhvendosja e kuqe Doppler, e cila lind nga lëvizja e duhur e galaktikave në lidhje me ne, zhvendosja kozmologjike e kuqe lind nga zgjerimi i hapësirës. Siç e dini, Universi po zgjerohet në mënyrë uniforme në të gjithë vëllimin e tij. Prandaj, sa më larg të jenë dy galaktika nga njëra-tjetra, aq më shpejt ato largohen nga njëra-tjetra. Pra, çdo megaparsek ndërmjet galaktikave do t'i largojë ato nga njëra-tjetra me rreth 70 kilometra çdo sekondë. Kjo sasi quhet konstanta e Hubble. Interesante, vetë Hubble fillimisht vlerësoi konstanten e tij deri në 500 km/s për megaparsek.

Kjo shpjegohet me faktin se ai nuk mori parasysh faktin që zhvendosja e kuqe e çdo galaktike është shuma e dy zhvendosjeve të ndryshme të kuqe. Përveçse nxiten nga zgjerimi i Universit, galaktikat gjithashtu i nënshtrohen lëvizjeve të tyre. Nëse zhvendosja relativiste e kuqe ka shpërndarje të barabartë për të gjitha distancat, Doppler pranon mospërputhjet më të paparashikueshme. Pas te gjithave lëvizjen e vet galaktikat brenda grupimeve të tyre varen vetëm nga ndikimet reciproke gravitacionale.

Galaktika të afërta dhe të largëta

Midis galaktikave të afërta, konstanta Hubble praktikisht nuk është e zbatueshme për të vlerësuar distancat midis tyre. Për shembull, galaktika e Andromedës në lidhje me ne ka një zhvendosje totale vjollce, ndërsa afrohet rruga e Qumështit me një shpejtësi prej rreth 150 km/s. Nëse zbatojmë ligjin e Hubble për të, atëherë ajo duhet të largohet nga galaktika jonë me një shpejtësi prej 50 km/s, gjë që nuk korrespondon fare me realitetin.

Për galaktikat e largëta, zhvendosja e kuqe Doppler është pothuajse e padukshme. Shpejtësia e largimit të tyre nga ne varet drejtpërdrejt nga distanca dhe, me një gabim të vogël, korrespondon me konstantën e Hubble. Pra, kuazarët më të largët po largohen prej nesh me një shpejtësi më të madhe se shpejtësia e dritës. Mjaft e çuditshme, kjo nuk bie ndesh me teorinë e relativitetit, sepse kjo është shpejtësia e zgjerimit të hapësirës, ​​dhe jo vetë objektet. Prandaj, është e rëndësishme të jemi në gjendje të dallojmë zhvendosjen e kuqe Doppler nga ajo kozmologjike.

Gjithashtu vlen të theksohet se në rastin e valëve elektromagnetike ndodhin edhe efekte relativiste. Deformimi shoqërues i kohës dhe ndryshimet në dimensionet lineare kur trupi lëviz në raport me vëzhguesin gjithashtu ndikojnë në karakterin e valës. Si në çdo rast me efektet relativiste

Sigurisht, pa efektin Doppler, i cili mundësoi zbulimin e zhvendosjes së kuqe, ne nuk do të dinim për strukturën në shkallë të gjerë të Universit. Megjithatë, astronomët i detyrohen më shumë se kaq kësaj vetie të valëve.

Efekti Doppler mund të zbulojë devijime të lehta në pozicionet e yjeve, të cilat mund të krijohen nga planetët që rrotullohen rreth tyre. Falë kësaj, qindra ekzoplanetë janë zbuluar. Përdoret gjithashtu për të konfirmuar praninë e ekzoplaneteve të zbuluara më parë duke përdorur metoda të tjera.

Efekti Doppler luajti rol vendimtar në studimin e sistemeve të afërta yjore. Kur dy yje janë aq afër sa nuk mund të shihen veçmas, efekti Doppler u vjen në ndihmë astronomëve. Kjo ju lejon të gjurmoni lëvizjen e padukshme reciproke të yjeve përgjatë spektrit të tyre. Sisteme të tilla yjore madje janë quajtur "binare optike".

Duke përdorur efektin Doppler, ju mund të vlerësoni jo vetëm shpejtësinë objekt hapësinor, por edhe shpejtësia e rrotullimit të saj, zgjerimi, shpejtësia e rrjedhave të saj atmosferike dhe shumë më tepër. Shpejtësia e unazave të Saturnit, zgjerimi i mjegullnajave, pulsimet e yjeve maten të gjitha falë këtij efekti. Madje përdoret edhe për të përcaktuar temperaturën e yjeve, sepse edhe temperatura është tregues i lëvizjes. Mund të themi se astronomët modernë matin pothuajse gjithçka që lidhet me shpejtësitë e objekteve hapësinore duke përdorur efektin Doppler.

Efekti Doppler përshkruhet me formulën:

ku është frekuenca e valës e regjistruar nga marrësi; - frekuenca e valës së emetuar nga burimi; - në mjedis; dhe - shpejtësitë e marrësit dhe burimit në lidhje me medium elastik përkatësisht.

Nëse burimi i zërit i afrohet marrësit, atëherë shpejtësia e tij ka një shenjë plus. Nëse burimi largohet nga marrësi, shpejtësia e tij ka një shenjë minus.

Nga formula është e qartë se kur burimi dhe marrësi lëvizin në atë mënyrë që distanca midis tyre të ulet, frekuenca e perceptuar nga marrësi rezulton të jetë më e madhe se frekuenca e burimit. Nëse distanca midis burimit dhe marrësit rritet, ajo do të jetë më e vogël se .

Efekti Doppler është baza e radarëve, me ndihmën e të cilëve oficerët e policisë rrugore përcaktojnë shpejtësinë e një makine. Në mjekësi, efekti Doppler përdoret për të pajisje tejzanor dalloni venat nga arteriet kur kryeni injeksione. Falë efektit Doppler, astronomët kanë zbuluar se Universi po zgjerohet - galaktikat po largohen nga njëra-tjetra. Duke përdorur efektin Doppler, përcaktohen parametrat e lëvizjes së planetëve dhe anijeve kozmike.

Shembuj të zgjidhjes së problemeve

SHEMBULL 1

SHEMBULL 2

SHEMBULL 3

Dihet se kur një tren elektrik me lëvizje të shpejtë i afrohet një vëzhguesi të palëvizshëm, sinjali i tij zanor duket më i lartë dhe kur largohet nga vëzhguesi, ai duket më i ulët se sinjali i të njëjtit tren elektrik, por i palëvizshëm.

Efekti Doppler quaj ndryshimin e frekuencës së valëve të regjistruara nga marrësi, që ndodh për shkak të lëvizjes së burimit të këtyre valëve dhe marrësit.

Burimi, duke lëvizur drejt marrësit, duket se ngjesh një sustë - një valë (Fig. 5.6).

Ky efekt vërehet gjatë përhapjes së valëve zanore (efekti akustik) dhe valëve elektromagnetike (efekti optik).

Le të shqyrtojmë disa raste të manifestimit efekti akustik Doppler .

Lëreni marrësin e valëve të zërit P në një mjedis të gaztë (ose të lëngshëm) të jetë i palëvizshëm në lidhje me të, dhe burimi që unë largohem nga marrësi me një shpejtësi përgjatë vijës së drejtë që i lidh ato (Fig. 5.7, A).

Burimi lëviz në medium gjatë një periudhe kohore e barabartë me periudhën lëkundjet e tij, në një distancë , ku është frekuenca e lëkundjeve të burimit.

Prandaj, kur burimi lëviz, gjatësia e valës në medium është e ndryshme nga vlera e saj me një burim të palëvizshëm:

,

ku - shpejtësia e fazës valët në medium.

Frekuenca e valës e regjistruar nga marrësi është

(5.7.1)

Nëse vektori i shpejtësisë së burimit drejtohet nën kënd arbitrar te vektori i rrezes që lidh marrësin e palëvizshëm me burimin (Fig. 5.7, b), Kjo

(5.7.2)

Nëse burimi është i palëvizshëm dhe marrësi i afrohet atij me një shpejtësi përgjatë vijës së drejtë që i lidh ato (Fig. 5.7, V), atëherë gjatësia e valës në medium është . Megjithatë, shpejtësia e përhapjes së valës në raport me marrësin është e barabartë me , kështu që frekuenca e valës e regjistruar nga marrësi

Në rastin kur shpejtësia drejtohet në një kënd arbitrar ndaj vektorit të rrezes që lidh marrësin lëvizës me një burim të palëvizshëm (Fig. 5.7, G), ne kemi:

Kjo formulë mund të përfaqësohet gjithashtu si (nëse)

ku është shpejtësia e burimit të valës në raport me marrësin, dhe është këndi ndërmjet vektorëve dhe . Madhësia, e barabartë me projeksionin në drejtim, i thirrur shpejtësia radiale e burimit.

Efekti optik Doppler

Kur burimi dhe marrësi i valëve elektromagnetike lëvizin në raport me njëri-tjetrin, vërehet gjithashtu Efekti Doppler , d.m.th. ndryshimi i frekuencës së valës, i regjistruar nga marrësi. Në ndryshim nga efekti Doppler që kemi konsideruar në akustikë, ligjet e këtij fenomeni për valët elektromagnetike mund të vendosen vetëm në bazë të teori e veçantë relativiteti.

Përshkrim i marrëdhënies Efekti Doppler Për valët elektromagnetike në vakum, duke marrë parasysh transformimet e Lorencit, ka formën:

.

(5.7.7)

Me shpejtësi të ulët të lëvizjes së burimit të valës në raport me marrësin, formula relativiste për efektin Doppler (5.7.7) përkon me formula klasike (5.7.2).

Nëse burimi lëviz në lidhje me marrësin përgjatë vijës së drejtë që i lidh ato, atëherë ne vëzhgojmë efekti gjatësor Doppler .

Në rast të afrimit me burimin dhe marrësin ()

,

(5.7.8)

dhe në rast të heqjes së tyre reciproke ()

.

(5.7.9)

Për më tepër, nga teoria relativiste e efektit Doppler ajo ndjek ekzistencën efekti tërthor Doppler , vëzhguar në dhe , d.m.th. në rastet kur burimi lëviz pingul me vijën e vëzhgimit (për shembull, burimi lëviz në një rreth, marrësi është në qendër):

.

(5.7.10)

Efekti tërthor Doppler është i pashpjegueshëm në fizikës klasike. Ai përfaqëson një efekt thjesht relativist.

Siç shihet nga formula (5.7.10), efekti tërthor është proporcional me raportin, prandaj është shumë më i dobët se ai gjatësor, i cili është proporcional me (5.7.9).

Në përgjithësi, vektori shpejtësi relative mund të ndahet në komponentë: njëri siguron një efekt gjatësor, tjetri - një tërthor.

Ekzistenca e efektit tërthor Doppler vjen drejtpërdrejt nga zgjerimi i kohës në kornizat e referencës lëvizëse.

Për herë të parë, verifikimi eksperimental i ekzistencës së efektit Doppler dhe korrektësisë formula relativiste(5.7.7) u zbatua fizikantë amerikanë G. Ives dhe D. Stilwell në vitet '30. Duke përdorur një spektrograf, ata studiuan rrezatimin e atomeve të hidrogjenit të përshpejtuar në shpejtësi m/s. Në vitin 1938 u publikuan rezultatet. Përmbledhje: efekti tërthor Doppler u vëzhgua në përputhje të plotë me transformimet e frekuencës relativiste (spektri i emetimit të atomeve rezultoi të zhvendoset në rajonin me frekuencë të ulët); përfundimi për zgjerimin e kohës në automjetet në lëvizje sistemet inerciale numërimi mbrapsht është konfirmuar.

Efekti Doppler ka gjetur aplikim të gjerë në shkencë dhe teknologji. Ky fenomen luan një rol veçanërisht të rëndësishëm në astrofizikë. Bazuar në zhvendosjen Doppler të linjave të absorbimit në spektrat e yjeve dhe mjegullnajave, është e mundur të përcaktohen shpejtësitë radiale të këtyre objekteve në raport me Tokën: duke përdorur formulën (5.7.6)

.

(5.7.11)

Astronomi amerikan E. Hubble zbuloi në vitin 1929 një fenomen të quajtur zhvendosja kozmologjike e kuqe dhe që konsiston në faktin se linjat në spektrat e emetimit të objekteve ekstragalaktike janë zhvendosur drejt frekuencave më të ulëta (gjatësi vale më të gjata). Doli që për secilin objekt zhvendosja relative e frekuencës (është frekuenca e linjës në spektrin e një burimi të palëvizshëm, është frekuenca e vëzhguar) është saktësisht e njëjtë për të gjitha frekuencat. Zhvendosja kozmologjike e kuqe nuk është gjë tjetër veçse efekti Doppler. Kjo tregon se Metagalaksia po zgjerohet, kështu që objektet ekstragalaktike po largohen nga galaktika jonë.

Metagalaksia kuptohet si tërësia e të gjithëve sistemet e yjeve. Me teleskopët modernë mund të vëzhgoni një pjesë të Metagalaksisë, rrezja optike e së cilës është e barabartë me . Ekzistenca e këtij fenomeni u parashikua teorikisht në vitin 1922 nga shkencëtari sovjetik A.A. Friedman bazuar në zhvillim teori e përgjithshme relativiteti.

Hubble vendosi një ligj sipas të cilit zhvendosja relative e kuqe e galaktikave rritet në raport me distancën e tyre .

Ligji i Hubble mund të shkruhet në formë

,

(5.7.12)

Ku H– Konstanta e Hubble. Sipas shumicës vlerësime moderne, kryer në vitin 2003,. (1 pc (parsec) është distanca që përshkon drita në vakum në 3,27 vjet ( )).

Në vitin 1990, ai u hodh në orbitë në anijen Discovery. teleskopi hapësinor emërtuar sipas Hubble (Fig. 5.8).

Oriz. 5.8	Oriz. 5.9

Astronomët kanë ëndërruar prej kohësh për një teleskop që do të funksiononte në rrezen e dukshme, por do të ishte përtej atmosfera e tokës, e cila ndërhyn shumë në vëzhgimet. Hubble jo vetëm që nuk i zhgënjeu shpresat e vendosura mbi të, por madje tejkaloi pothuajse të gjitha pritshmëritë. Ai zgjeroi në mënyrë fantastike "fushën e vizionit" të njerëzimit, duke parë në thellësitë e paimagjinueshme të Universit. Gjatë funksionimit të tij, teleskopi hapësinor transmetoi 700 mijë fotografi madhështore në tokë (Fig. 5.9). Në veçanti, ai ndihmoi astronomët të përcaktojnë moshën e saktë të Universit tonë - 13.7 miliardë vjet; ndihmoi në konfirmimin e ekzistencës së një forme të çuditshme, por jashtëzakonisht me ndikim të energjisë në Univers - energji e errët; vërtetoi ekzistencën e vrimave të zeza supermasive; çuditërisht kapi në mënyrë të qartë rënien e një komete në Jupiter; tregoi se procesi i formimit sistemet planetareështë i përhapur në galaktikën tonë; zbuloi protogalaktika të vogla duke zbuluar rrezatimin e emetuar prej tyre kur mosha e Universit ishte më pak se 1 miliard vjet.

Radarët bazohen në efektin Doppler metodat me lazer matjet e shpejtësisë objekte të ndryshme në Tokë (për shembull, një makinë, një aeroplan, etj.). Anemometria me laser është një metodë e domosdoshme për studimin e rrjedhës së lëngut ose gazit. Lëvizja termike kaotike e atomeve të një trupi ndriçues shkakton gjithashtu një zgjerim të vijave në spektrin e tij, i cili rritet me rritjen e shpejtësisë së lëvizjes termike, d.m.th. me rritjen e temperaturës së gazit. Ky fenomen mund të përdoret për të përcaktuar temperaturën e gazrave të nxehtë.

– fenomeni më i rëndësishëm në fizikën valore. Para se të shkojmë direkt në thelbin e çështjes, një teori e vogël hyrëse.

Hezitim- në një shkallë ose në një tjetër, një proces i përsëritur i ndryshimit të gjendjes së një sistemi rreth një pozicioni ekuilibri. Valë- kjo është një lëkundje që mund të largohet nga vendi i origjinës së saj, duke u përhapur në medium. Dallgët karakterizohen amplituda, gjatësia Dhe frekuenca. Tingulli që dëgjojmë është valë, d.m.th. dridhjet mekanike grimcat e ajrit që përhapen nga një burim zëri.

Të armatosur me informacione rreth valëve, le të kalojmë te efekti Doppler. Dhe nëse doni të mësoni më shumë rreth dridhjeve, valëve dhe rezonancës, mirë se vini në blogun tonë.

Thelbi i efektit Doppler

Shembulli më popullor dhe i thjeshtë që shpjegon thelbin e efektit Doppler është një vëzhgues i palëvizshëm dhe një makinë me një sirenë. Le të themi se jeni duke qëndruar në një stacion autobusi. Një ambulancë me një sirenë të ndezur po shkon në rrugë drejt jush. Frekuenca e zërit që do të dëgjoni kur makina afrohet nuk është e njëjtë.

Në fillim tingulli do të jetë më shumë Frekuencë e lartë kur makina arrin një ndalesë. Do të dëgjoni frekuencën e vërtetë të tingullit të sirenës dhe frekuenca e zërit do të ulet ndërsa largoheni. Kjo është ajo që është Efekti Doppler.

Frekuenca dhe gjatësia e valës së rrezatimit të perceptuar nga vëzhguesi ndryshon për shkak të lëvizjes së burimit të rrezatimit.

Nëse Capi pyetet se kush e zbuloi efektin Doppler, ai do të përgjigjet pa hezitim se Doppler e bëri atë. Dhe ai do të ketë të drejtë. Ky fenomen, e vërtetuar teorikisht në 1842 vit nga një fizikan austriak Christian Doppler, u emërua më pas pas tij. Vetë Doppler e nxori teorinë e tij duke vëzhguar valëzimet në ujë dhe duke sugjeruar që vëzhgimet mund të përgjithësoheshin për të gjitha valët. Më vonë ishte e mundur të konfirmohej eksperimentalisht efekti Doppler për zërin dhe dritën.

Më sipër shikuam një shembull të efektit Doppler për valët e zërit. Megjithatë, efekti Doppler nuk është i vërtetë vetëm për zërin. Atje jane:

• Efekti akustik Doppler;
• Efekti optik Doppler;
• Efekti Doppler për valët elektromagnetike;
• Efekti relativist Doppler.

Ishin eksperimentet me valët e zërit që ndihmuan për të dhënë të parën konfirmim eksperimental këtë efekt.

Konfirmimi eksperimental i efektit Doppler

Konfirmimi i korrektësisë së arsyetimit të Christian Doppler shoqërohet me një nga më interesantet dhe të pazakonta eksperimente fizike. NË 1845 meteorolog nga Holanda Vota e krishterë mori një lokomotivë të fuqishme dhe një orkestër të përbërë nga muzikantë me zë të përsosur. Disa nga muzikantët - këta ishin trumpetistë - hipën në zonën e hapur të trenit dhe vazhdimisht luanin të njëjtën notë. Le të themi se ishte A e oktavës së dytë.

Muzikantë të tjerë ishin në stacion duke dëgjuar se çfarë po luanin kolegët e tyre. Dëgjimi absolut i të gjithë pjesëmarrësve në eksperiment reduktoi mundësinë e gabimit në minimum. Eksperimenti zgjati dy ditë, të gjithë ishin të lodhur, shumë qymyr u dogj, por rezultatet ia vlenin. Doli se lartësia e zërit varet vërtet nga shpejtësia relative e burimit ose vëzhguesit (dëgjuesit).

Zbatimi i efektit Doppler

Një nga aplikacionet më të njohura është përcaktimi i shpejtësisë së objekteve në lëvizje duke përdorur sensorë shpejtësie. Sinjalet e radios të dërguara nga radari reflektohen nga makinat dhe kthehen prapa. Në këtë rast, zhvendosja e frekuencës në të cilën kthehen sinjalet lidhet drejtpërdrejt me shpejtësinë e makinës. Duke krahasuar shpejtësinë dhe ndryshimin e frekuencës, shpejtësia mund të llogaritet.

Efekti Doppler përdoret gjerësisht në mjekësi. Mbi të bazohet funksionimi i pajisjeve diagnostikuese me ultratinguj. Ekziston një teknikë e veçantë në ultratinguj që quhet Dopplerografia.

Efekti Doppler përdoret gjithashtu në optikën, akustikë, radio elektronike, astronomi, radari.

Meqe ra fjala! Për lexuesit tanë tani ka një zbritje prej 10%.

Zbulimi i efektit Doppler luajti rol i rendesishem gjatë formimit fizika moderne. Një nga konfirmimet teoritë Big Bang bazohet në këtë efekt. Si lidhen efekti Doppler dhe Big Bengu? Sipas teorisë së Big Bengut, Universi po zgjerohet.

Kur vëzhgoni galaktikat e largëta, vërehet një zhvendosje e kuqe - një zhvendosje vijat spektrale në anën e kuqe të spektrit. Duke shpjeguar zhvendosjen e kuqe duke përdorur efektin Doppler, mund të nxjerrim një përfundim në përputhje me teorinë: galaktikat po largohen nga njëra-tjetra, Universi po zgjerohet.

Formula për efektin Doppler

Kur u kritikua teoria e efektit Doppler, një nga argumentet e kundërshtarëve të shkencëtarit ishte fakti se teoria përmbahej vetëm në tetë faqe, dhe derivimi i formulës së efektit Doppler nuk përmbante llogaritje të rënda matematikore. Sipas mendimit tonë, ky është vetëm një plus!

Le u – shpejtësia e marrësit në raport me mediumin, v – shpejtësia e burimit të valës në raport me mediumin, Me - shpejtësia e përhapjes së valëve në mjedis, w0 - frekuenca e valëve burimore. Atëherë formula për efektin Doppler në rastin më të përgjithshëm do të duket kështu:

Këtu w – frekuenca që do të regjistrojë marrësi.

Efekti relativist Doppler

Në ndryshim nga efekti klasik Doppler, kur valët elektromagnetike përhapen në vakum, për të llogaritur efektin Doppler, duhet të përdoret SRT dhe të merret parasysh zgjerimi relativist i kohës. Lëreni dritën - Me , v - shpejtësia e burimit në raport me marrësin, theta – këndi ndërmjet drejtimit drejt burimit dhe vektorit të shpejtësisë që lidhet me sistemin e referencës së marrësit. Pastaj formula për efekt relativist Doppler do të duket kështu:

Sot folëm për efekti më i rëndësishëm bota jonë - efekti Doppler. Dëshironi të mësoni se si të zgjidhni problemet e efektit Doppler shpejt dhe lehtë? Pyetini ata dhe ata do të jenë të lumtur të ndajnë përvojën e tyre! Dhe në fund - pak më shumë për teorinë e Big Bengut dhe efektin Doppler.