Işık dalgaları formülü için Doppler etkisi. Ses dalgaları için Doppler efekti

Ses kaynağı ve gözlemci birbirine göre hareket ediyorsa gözlemcinin algıladığı sesin frekansı ses kaynağının frekansıyla eşleşmez. 1842'de keşfedilen bu olaya denir Doppler etkisi .

Ses dalgaları havada (veya diğer homojen ortam) İle sabit hız, bu yalnızca ortamın özelliklerine bağlıdır. Ancak sesin dalga boyu ve frekansı, ses kaynağı ve gözlemci hareket ettikçe önemli ölçüde değişebilir.

Kaynağın hızının υ И ve gözlemcinin hızının υ Н olduğu basit bir durumu ele alalım. çevreye göre onları birbirine bağlayan düz çizgi boyunca yönlendirilir. υ'nun pozitif yönü içinVEve υNgözlemciden kaynağa doğru yön alınabilir. Sesin hızı υ her zaman pozitif kabul edilir.

Pirinç. 2.8.1, hareketli bir gözlemci ve sabit bir kaynak durumunda Doppler etkisini göstermektedir. Dönem ses titreşimleri Gözlemci tarafından algılanan şu şekilde gösterilir: T N. Şek. 2.8.1 şöyledir:

dikkate alınarak

Gözlemci kaynak yönünde hareket ederse (υ Н > 0), o zaman F N> F Ve eğer gözlemci kaynaktan hareket ederse (υ N< 0), то F N< F VE.

Şek. 2.8.2 Gözlemci hareketsizdir ve ses kaynağı belirli bir υ И hızıyla hareket eder. 2.8.2 aşağıdaki ilişki geçerlidir:

Bundan şu sonuç çıkıyor:

Kaynak gözlemciden uzaklaşıyorsa υ И > 0 olur ve dolayısıyla, F N< F I. Kaynak gözlemciye yaklaşırsa υ I< 0 и F N> F VE.

İÇİNDE genel durum Hem kaynak hem de gözlemci υ И ve υ Н hızlarıyla hareket ettiğinde Doppler etkisi formülü şu şekli alır:

Bu oran arasındaki ilişkiyi ifade etmektedir. F N ve F I. Hızlar υ I ve υ N her zaman ölçülür havaya göre veya ses dalgalarının yayıldığı başka bir ortam. Bu sözde göreceli olmayan Doppler etkisi.

Durumunda elektromanyetik dalgalar boşlukta (ışık, radyo dalgaları) Doppler etkisi de gözlenir. Elektromanyetik dalgaların yayılması gerektirmediğinden maddi ortam, yalnızca düşünülebilir bağıl hızυ kaynak ve gözlemci.

için ifade göreceli Doppler etkisi benziyor

Nerede C- ışık hızı. υ > 0 olduğunda kaynak gözlemciden uzaklaşır ve F N< F Ve υ durumunda< 0 источник приближается к наблюдателю, и F N> F VE.

Doppler etkisi, hareket eden nesnelerin hızını ölçmek için teknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır ( "Doppler konumu" akustik, optik ve radyoda).

Hiç bir araba sireni sesinin duyulduğunu fark ettiniz mi? farklı yükseklikler size göre yaklaştığında mı yoksa uzaklaştığında mı?

Uzaklaşan ve yaklaşan bir tren veya arabanın düdüğünün veya sireninin frekansındaki farklılık belki de Doppler etkisinin en açık ve yaygın örneğidir. Teorik olarak Avusturyalı fizikçi Christian Doppler tarafından keşfedilen bu etki, daha sonra bilim ve teknolojide önemli bir rol oynayacaktır.

Bir gözlemci için radyasyonun dalga boyu farklı anlam kaynağın gözlemciye göre farklı hızlarında. Kaynağa yaklaştıkça dalga boyu azalacak, uzaklaştıkça ise artacaktır. Bu nedenle, dalga boyu frekansı da değişir. Bu nedenle yaklaşan bir trenin düdüğünün frekansı, uzaklaşırkenki düdüğün frekansından belirgin şekilde daha yüksektir. Aslında Doppler etkisinin özü de budur.

Doppler etkisi birçok ölçüm ve araştırma cihazının işleyişinin temelini oluşturur. Günümüzde tıpta, havacılıkta, uzay bilimlerinde ve hatta günlük yaşamda yaygın olarak kullanılmaktadır. Doppler etkisi uydu navigasyonuna ve yol radarlarına, ultrason makinelerine ve güvenlik alarmlarına güç sağlar. Doppler etkisi yaygın olarak uygulanabilir hale geldi bilimsel araştırma. Belki de en çok astronomide tanınır.

Etkinin açıklaması

Doppler etkisinin doğasını anlamak için suyun yüzeyine bakmanız yeterlidir. Su üzerindeki daireler, herhangi bir dalganın üç bileşenini de mükemmel bir şekilde gösterir. Durağan bir şamandıranın daireler oluşturduğunu hayal edelim. Bu durumda süre, bir dairenin emisyonu ile bir sonraki daire arasında geçen süreye karşılık gelecektir. Frekans, şamandıranın belirli bir süre içinde yaydığı daire sayısına eşittir. Dalga boyu, art arda yayılan iki dairenin yarıçaplarındaki farka (iki bitişik tepe arasındaki mesafe) eşit olacaktır.

Bu sabit şamandıraya bir teknenin yaklaştığını hayal edelim. Sırtlara doğru ilerlediği için teknenin hızı dairelerin yayılma hızına eklenecektir. Bu nedenle tekneye göre yaklaşmakta olan sırtların hızı artacaktır. Aynı zamanda dalga boyu da azalacaktır. Dolayısıyla teknenin yan tarafındaki iki bitişik dairenin çarpışmaları arasında geçecek süre azalacaktır. Yani süre azalacak ve buna bağlı olarak sıklık da artacak. Aynı şekilde uzaklaşan bir tekne için artık ona yetişecek tepelerin hızı azalacak, dalga boyu artacaktır. Bu, periyodu artırmak ve sıklığı azaltmak anlamına gelir.

Şimdi şamandıranın iki sabit tekne arasında bulunduğunu hayal edin. Üstelik bunlardan birindeki balıkçı şamandırayı kendine doğru çekiyor. Yüzeye göre hız kazanan şamandıra, tamamen aynı daireleri yaymaya devam ediyor. Bununla birlikte, sonraki her dairenin merkezi, bir öncekinin merkezine göre, şamandıranın yaklaştığı tekneye doğru kaydırılacaktır. Dolayısıyla bu teknenin yan tarafında sırtlar arasındaki mesafe azalacaktır. Balıkçının şamandırayı çekmesiyle birlikte dalga boyu azaltılmış ve dolayısıyla periyodu azaltılmış ve frekansı artırılmış dairelerin tekneye geleceği ortaya çıktı. Benzer şekilde uzunluğu, periyodu artan ve frekansı azalan dalgalar başka bir balıkçıya ulaşacaktır.

Çok renkli yıldızlar

Su yüzeyindeki dalgaların özelliklerindeki bu tür değişiklikler bir zamanlar Christian Doppler tarafından fark edilmişti. Bu tür durumların her birini matematiksel olarak tanımladı ve elde ettiği verileri ses ve ışığa uyguladı. dalga doğa. Doppler, yıldızların renginin doğrudan onların bize yaklaşma veya bizden uzaklaşma hızlarına bağlı olduğunu öne sürdü. Bu hipotezi 1842'de sunduğu bir makalede özetledi.

Doppler'in yıldızların rengi konusunda yanıldığını unutmayın. Tüm yıldızların yayıldığına inanıyordu beyaz, daha sonra gözlemciye göre hızları nedeniyle bozulur. Aslında Doppler etkisi yıldızların rengini değil, spektrumlarının desenini etkiler. Bizden uzaklaşan yıldızlar için, spektrumun tüm karanlık çizgileri dalga boyunu artıracak ve kırmızıya doğru kayacaktır. Bu etki bilimde “kırmızıya kayma” adı altında yerleşmiştir. Yaklaşan yıldızlarda ise tam tersine, çizgiler spektrumun daha yüksek frekanslı kısmına, yani menekşe rengine doğru yönelir.

Spektrum çizgilerinin Doppler formüllerine dayanan bu özelliği teorik olarak 1848'de tahmin edilmişti. Fransız fizikçi ArmanFiso. Bu, 1868'de uzayın spektral çalışmasına büyük katkı sağlayan William Huggins tarafından deneysel olarak doğrulandı. Zaten 20. yüzyılda, spektrumdaki çizgiler için Doppler etkisine "kırmızıya kayma" adı veriliyordu; buna daha sonra döneceğiz.

Raylarda konser

1845 yılında Hollandalı meteorolog Beuys-Ballot ve daha sonra Doppler'in kendisi, Doppler "ses" etkisini test etmek için bir dizi deney gerçekleştirdi. Her iki durumda da, daha önce bahsedilen yaklaşan ve kalkan trenin kornası efektini kullandılar. Düdüğün rolü, hareket eden bir trenin üstü açık vagonunda belirli bir nota çalan trompetçi grupları tarafından oynanıyordu.

Beuys-Ballot, trompetçilerin işitme duyusu iyi olan kişilerin geçmesine izin verdi; onlar da notadaki değişikliği kaydettiler. farklı hız kompozisyon. Daha sonra trompetçileri bir platforma ve dinleyicileri de bir arabaya yerleştirerek bu deneyi tekrarladı. Doppler, aynı anda kendisine yaklaşan ve ondan uzaklaşan iki trompetçi grubunun tek nota çalarak notalarındaki uyumsuzluğu kaydetti.

Her iki durumda da Doppler etkisi ses dalgaları başarıyla doğrulandı. Üstelik her birimiz bu deneyi günlük yaşam ve bunu kendiniz onaylayın. Bu nedenle Doppler etkisi çağdaşları tarafından eleştirilse de, daha sonraki araştırmalar bunu inkar edilemez hale getirdi.

Daha önce belirtildiği gibi Doppler etkisi hızı belirlemek için kullanılır uzay nesneleri gözlemciye göre.

Kozmik nesnelerin spektrumundaki koyu çizgiler başlangıçta her zaman kesin olarak sabit bir konumda bulunur. Bu konum, belirli bir elementin soğurma dalga boyuna karşılık gelir. Yaklaşan veya uzaklaşan bir nesne için tüm bantlar konumlarını sırasıyla spektrumun mor veya kırmızı bölgesine değiştirir. Karasal spektral çizgilerin karşılaştırılması kimyasal elementler Yıldızların spektrumlarındaki benzer çizgilerle bir nesnenin bize hangi hızla yaklaştığını veya bizden uzaklaştığını tahmin edebiliriz.

Galaksilerin spektrumlarındaki kırmızıya kayma, 1914 yılında Amerikalı gökbilimci Vesto Slifer tarafından keşfedildi. Vatandaşı Edwin Hubble, keşfettiği galaksilere olan mesafeleri kırmızıya kaymanın büyüklüğüyle karşılaştırdı. Böylece 1929'da galaksinin ne kadar uzaktaysa bizden o kadar hızlı uzaklaştığı sonucuna vardı. Daha sonra ortaya çıktığı gibi, keşfettiği yasa oldukça hatalıydı ve gerçek tabloyu tam olarak doğru şekilde tanımlamıyordu. Ancak Hubble, daha sonra kozmolojik kırmızıya kayma kavramını ortaya koyacak olan diğer bilim adamlarının daha ileri araştırmaları için doğru eğilimi belirledi.

Galaksilerin bize göre doğru hareketlerinden kaynaklanan Doppler kırmızıya kaymanın aksine, kozmolojik kırmızıya kayma uzayın genişlemesinden kaynaklanmaktadır. Bildiğiniz gibi Evren tüm hacmi boyunca eşit şekilde genişliyor. Bu nedenle iki galaksi birbirinden ne kadar uzaksa birbirlerinden o kadar hızlı uzaklaşırlar. Yani galaksiler arasındaki her megaparsek, onları birbirlerinden saniyede yaklaşık 70 kilometre uzaklaştıracaktır. Bu miktara Hubble sabiti denir. İlginçtir ki, Hubble başlangıçta bu sabitin megaparsek başına 500 km/s kadar olduğunu tahmin etmişti.

Bu, herhangi bir galaksinin kırmızıya kaymasının iki farklı kırmızıya kaymanın toplamı olduğu gerçeğini hesaba katmamasıyla açıklanmaktadır. Galaksiler, Evrenin genişlemesinin etkisiyle hareket etmenin yanı sıra, kendi hareketlerine de maruz kalırlar. Göreli kırmızıya kayma varsa eşit dağılım Doppler, tüm mesafeler için en öngörülemeyen tutarsızlıkları bile kabul eder. Nihayet kendi hareketi Kümelerindeki galaksiler yalnızca karşılıklı çekimsel etkilere bağlıdır.

Yakın ve uzak galaksiler

Yakın galaksiler arasında Hubble sabiti, aralarındaki mesafeleri tahmin etmek için pratik olarak uygulanamaz. Örneğin Andromeda galaksisi bize göre yaklaştıkça tam bir mora kayma gösterir. Samanyolu yaklaşık 150 km/s hızla. Hubble yasasını buna uygularsak galaksimizden 50 km/s hızla uzaklaşması gerekir ki bu da gerçekle hiç örtüşmüyor.

Uzak galaksiler için Doppler kırmızıya kayması neredeyse farkedilemez. Bizden uzaklaşma hızları doğrudan mesafeye bağlıdır ve küçük bir hatayla Hubble sabitine karşılık gelir. Yani en uzaktaki kuasarlar ışık hızından daha büyük bir hızla bizden uzaklaşıyor. İşin garibi, bu görelilik teorisiyle çelişmiyor çünkü bu, nesnelerin kendisi değil, uzayın genişleme hızıdır. Bu nedenle Doppler kırmızıya kaymayı kozmolojik olandan ayırt edebilmek önemlidir.

Elektromanyetik dalgalar söz konusu olduğunda göreceli etkilerin de ortaya çıktığını belirtmekte fayda var. Cismin gözlemciye göre hareket etmesiyle birlikte ortaya çıkan zamanın bozulması ve doğrusal boyutlardaki değişiklikler de dalganın karakterini etkiler. Her durumda göreceli etkilerde olduğu gibi

Elbette kırmızıya kaymanın keşfedilmesini sağlayan Doppler etkisi olmasaydı, Evrenin büyük ölçekli yapısından haberimiz olmayacaktı. Ancak gökbilimciler bundan fazlasını dalgaların bu özelliğine borçludurlar.

Doppler etkisi, yıldızların konumlarındaki, etraflarında dönen gezegenlerin yaratabileceği hafif sapmaları tespit edebilir. Bu sayede yüzlerce dış gezegen keşfedildi. Ayrıca daha önce başka yöntemler kullanılarak keşfedilen ötegezegenlerin varlığını doğrulamak için de kullanılıyor.

Doppler efekti oynatıldı belirleyici rol yakın yıldız sistemlerinin incelenmesinde. İki yıldız ayrı ayrı görülemeyecek kadar yakın olduğunda Doppler etkisi gökbilimcilerin yardımına koşuyor. Yıldızların spektrumları boyunca görünmez karşılıklı hareketlerini izlemenizi sağlar. Bu tür yıldız sistemlerine "optik ikili dosyalar" bile deniyor.

Doppler efektini kullanarak yalnızca hızı tahmin etmekle kalmazsınız uzay nesnesi aynı zamanda dönüş hızı, genişleme, atmosferik akış hızı ve çok daha fazlası. Satürn'ün halkalarının hızı, nebulaların genişlemesi, yıldızların nabzı bu etki sayesinde ölçülür. Hatta yıldızların sıcaklığını belirlemek için bile kullanılıyor çünkü sıcaklık aynı zamanda hareketin de bir göstergesi. Modern gökbilimcilerin uzay nesnelerinin hızlarıyla ilgili hemen hemen her şeyi Doppler etkisini kullanarak ölçtüklerini söyleyebiliriz.

Doppler etkisi aşağıdaki formülle tanımlanır:

alıcı tarafından kaydedilen dalganın frekansı nerede; - kaynak tarafından yayılan dalganın frekansı; - çevrede; ve - alıcının ve kaynağın hızları elastik ortam sırasıyla.

Ses kaynağı alıcıya yaklaşıyorsa hızının artı işareti vardır. Kaynak alıcıdan uzaklaşıyorsa hızı eksi işaretiyle gösterilir.

Kaynak ve alıcı aralarındaki mesafe azalacak şekilde hareket ettiğinde, alıcının algıladığı frekansın kaynak frekansından daha büyük olduğu formülden açıkça görülmektedir. Kaynak ile alıcı arasındaki mesafe artarsa ​​bu değerden az olacaktır.

Doppler etkisi, trafik polislerinin bir arabanın hızını belirlemesini sağlayan radarların temelidir. Tıpta Doppler etkisi kullanılır. ultrasonik cihaz Enjeksiyon yaparken damarları arterlerden ayırın. Doppler etkisi sayesinde gökbilimciler Evrenin genişlediğini, galaksilerin birbirlerinden uzaklaştığını buldular. Doppler etkisi kullanılarak gezegenlerin ve uzay araçlarının hareket parametreleri belirlenir.

Problem çözme örnekleri

ÖRNEK 1

ÖRNEK 2

ÖRNEK 3

Hızlı hareket eden bir elektrikli trenin, duran bir gözlemciye yaklaştığında ses sinyalinin daha yüksek göründüğü, gözlemciden uzaklaştığında ise aynı elektrikli trenin sinyalinden daha düşük fakat sabit göründüğü bilinmektedir.

Doppler etkisi alıcı tarafından kaydedilen dalgaların frekansında, bu dalgaların kaynağının ve alıcının hareketinden dolayı meydana gelen değişiklik denir.

Alıcıya doğru hareket eden kaynak, bir yayı - bir dalgayı sıkıştırıyor gibi görünüyor (Şekil 5.6).

Bu etki, ses dalgalarının (akustik etki) ve elektromanyetik dalgaların (optik etki) yayılması sırasında gözlenir.

Birkaç tezahür vakasını ele alalım akustik Doppler etkisi .

Gaz halindeki (veya sıvı) bir ortamdaki P ses dalgalarının alıcısının ona göre hareketsiz olmasına ve kaynak I'in onları bağlayan düz çizgi boyunca alıcıdan hızla uzaklaşmasına izin verin (Şekil 5.7, A).

Kaynak belirli bir süre boyunca ortamda hareket eder döneme eşit kaynağın salınım frekansının olduğu mesafedeki salınımları.

Bu nedenle, kaynak hareket ettiğinde ortamdaki dalga boyu, sabit kaynaktaki değerinden farklıdır:

,

Nerede - faz hızı Ortamdaki dalgalar.

Alıcı tarafından kaydedilen dalga frekansı

(5.7.1)

Kaynak hız vektörü yönlendirilirse keyfi açı sabit alıcıyı kaynağa bağlayan yarıçap vektörüne (Şekil 5.7, B), O

(5.7.2)

Kaynak sabitse ve alıcı, onları birbirine bağlayan düz çizgi boyunca bir hızla ona yaklaşıyorsa (Şekil 5.7, V), o zaman ortamdaki dalga boyu . Ancak dalganın alıcıya göre yayılma hızı eşittir, dolayısıyla alıcı tarafından kaydedilen dalganın frekansı

Hızın, hareketli alıcıyı sabit bir kaynağa bağlayan yarıçap vektörüne keyfi bir açıyla yönlendirilmesi durumunda (Şekil 5.7, G), sahibiz:

Bu formül aynı zamanda (if) şeklinde de gösterilebilir.

burada dalga kaynağının alıcıya göre hızı ve vektörler arasındaki açıdır. Büyüklük, projeksiyona eşit adı verilen yöne doğru kaynağın radyal hızı.

Optik Doppler etkisi

Elektromanyetik dalgaların kaynağı ve alıcısı birbirine göre hareket ettiğinde aynı zamanda gözlenir. Doppler etkisi yani dalga frekansı değişimi, alıcı tarafından kaydedildi. Akustikte ele aldığımız Doppler etkisinin aksine, bu olgunun elektromanyetik dalgalara ilişkin modelleri yalnızca temel alınarak oluşturulabilir. özel teori görelilik.

İlişkiyi açıklayan Doppler etkisiİçin elektromanyetik dalgalar boşlukta, Lorentz dönüşümleri dikkate alındığında şu forma sahiptir:

.

(5.7.7)

Dalga kaynağının alıcıya göre düşük hareket hızlarında, Doppler etkisinin göreli formülü (5.7.7) şu şekilde örtüşmektedir: klasik formül (5.7.2).

Kaynak, alıcıya göre onları birbirine bağlayan düz bir çizgi boyunca hareket ederse, o zaman şunu gözlemleriz: uzunlamasına Doppler etkisi .

Kaynağa ve alıcıya yaklaşma durumunda ()

,

(5.7.8)

ve karşılıklı olarak çıkarılmaları durumunda ()

.

(5.7.9)

Ek olarak, Doppler etkisinin göreli teorisinden şu sonucu çıkar: enine Doppler etkisi , ve'de gözlendi, yani. kaynağın gözlem hattına dik olarak hareket ettiği durumlarda (örneğin, kaynak bir daire içinde hareket eder, alıcı merkezdedir):

.

(5.7.10)

Enine Doppler etkisi açıklanamaz klasik fizik. Tamamen göreceli bir etkiyi temsil ediyor.

Formül (5.7.10)'dan görülebileceği gibi, enine etki oran ile orantılıdır, dolayısıyla (5.7.9) ile orantılı olan boylamsal etkiden çok daha zayıftır.

Genel olarak vektör bağıl hız bileşenlere ayrılabilir: biri uzunlamasına bir etki sağlar, diğeri enine bir etki sağlar.

Enine Doppler etkisinin varlığı, doğrudan hareketli referans çerçevelerindeki zaman genişlemesinden kaynaklanır.

İlk kez Doppler etkisinin varlığının ve doğruluğunun deneysel olarak doğrulanması göreli formül(5.7.7) uygulandı Amerikalı fizikçiler 30'lu yıllarda G. Ives ve D. Stilwell. Bir spektrograf kullanarak, m/s hızlarına ulaşan hidrojen atomlarının radyasyonunu incelediler. 1938'de sonuçlar yayınlandı. Özet: enine Doppler etkisi, göreceli frekans dönüşümlerine tam olarak uygun olarak gözlemlendi (atomların emisyon spektrumunun düşük frekans bölgesine kaydığı ortaya çıktı); Hareket eden araçlarda zaman uzamasına ilişkin sonuç eylemsizlik sistemleri geri sayım onaylandı.

Doppler etkisi bilim ve teknolojide geniş uygulama alanı buldu. Bu fenomen astrofizikte özellikle önemli bir rol oynar. Yıldızların ve bulutsuların spektrumlarındaki soğurma çizgilerinin Doppler kaymasına dayanarak, bu nesnelerin Dünya'ya göre radyal hızlarını belirlemek mümkündür: formülü kullanarak (5.7.6)

.

(5.7.11)

Amerikalı gökbilimci E. Hubble, 1929'da şu fenomeni keşfetti: kozmolojik kırmızıya kayma ve galaksi dışı nesnelerin emisyon spektrumlarındaki çizgilerin daha düşük frekanslara (daha uzun dalga boylarına) doğru kaydırılmasından oluşur. Her nesne için göreceli frekans kaymasının (sabit bir kaynağın spektrumundaki çizginin frekansı, gözlemlenen frekanstır) tüm frekanslar için tamamen aynı olduğu ortaya çıktı. Kozmolojik kırmızıya kayma, Doppler etkisinden başka bir şey değildir. Bu, Metagalaksinin genişlediğini, dolayısıyla galaksi dışı nesnelerin Galaksimizden uzaklaştığını gösterir.

Metagalaksi her şeyin bütünlüğü olarak anlaşılır. yıldız sistemleri. Modern teleskoplarla, optik yarıçapı eşit olan Metagalaksi'nin bir bölümünü gözlemleyebilirsiniz. . Bu olgunun varlığı teorik olarak 1922'de Sovyet bilim adamı A.A. tarafından tahmin edilmişti. Friedman gelişime dayalı genel teori görelilik.

Hubble buna göre bir yasa oluşturdu galaksilerin göreceli kırmızıya kayması, uzaklıklarıyla orantılı olarak artar .

Hubble Yasası şeklinde yazılabilir

,

(5.7.12)

Nerede H– Hubble sabiti. Çoğuna göre modern tahminler 2003 yılında gerçekleştirildi. (1 adet (parsek), ışığın boşlukta 3,27 yılda kat ettiği mesafedir ( )).

1990 yılında Discovery mekiğiyle yörüngeye fırlatıldı. uzay teleskopu Hubble'ın adını almıştır (Şekil 5.8).

Pirinç. 5.8	Pirinç. 5.9

Gökbilimciler uzun zamandır görünür aralıkta çalışacak, ancak bunun ötesinde de çalışacak bir teleskopun hayalini kuruyorlardı. dünyanın atmosferi Bu, gözlemlere büyük ölçüde müdahale eder. Hubble, kendisine duyulan umutları boşa çıkarmakla kalmadı, hatta neredeyse tüm beklentileri aştı. Evrenin hayal edilemeyecek derinliklerine bakarak insanlığın "görüş alanını" fevkalade genişletti. Uzay teleskopu, çalışması sırasında dünyaya 700 bin muhteşem fotoğraf aktardı (Şekil 5.9). Özellikle gökbilimcilerin Evrenimizin kesin yaşını (13,7 milyar yıl) belirlemesine yardımcı oldu; Evrende tuhaf ama son derece etkili bir enerji biçiminin varlığının doğrulanmasına yardımcı oldu - karanlık enerji; süper kütleli kara deliklerin varlığını kanıtladı; bir kuyruklu yıldızın Jüpiter'e düşüşünü şaşırtıcı derecede net bir şekilde yakaladı; oluşum sürecini gösterdi gezegen sistemleri Galaksimizde yaygındır; Evrenin yaşı 1 milyar yıldan azken yaydıkları radyasyonu tespit ederek küçük protogalaksileri keşfetti.

Radarlar Doppler etkisine dayalıdır lazer yöntemleri hız ölçümleri çeşitli nesneler Dünya'da (örneğin, bir araba, bir uçak vb.). Lazer anemometri, sıvı veya gaz akışını incelemek için vazgeçilmez bir yöntemdir. Aydınlık bir cismin atomlarının kaotik termal hareketi aynı zamanda spektrumundaki çizgilerin genişlemesine de neden olur ve bu, termal hareketin hızının artmasıyla artar; artan gaz sıcaklığı ile. Bu olay sıcak gazların sıcaklığını belirlemek için kullanılabilir.

– en önemli fenomen dalga fiziğinde. Doğrudan konunun özüne geçmeden önce, küçük bir giriş teorisi.

tereddüt– bir dereceye kadar, bir sistemin durumunu bir denge konumu etrafında değiştirmenin tekrarlanan süreci. Dalga- bu, ortaya çıktığı yerden uzaklaşabilen ve ortama yayılan bir salınımdır. Dalgalar karakterize edilir genlik, uzunluk Ve sıklık. Duyduğumuz ses bir dalgadır, yani. mekanik titreşimler Bir ses kaynağından yayılan hava parçacıkları.

Dalgalar hakkındaki bilgilerle donanmış olarak Doppler etkisine geçelim. Titreşimler, dalgalar ve rezonans hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız blogumuza hoş geldiniz.

Doppler etkisinin özü

Doppler etkisinin özünü açıklayan en popüler ve basit örnek, sabit bir gözlemci ve sirenli bir arabadır. Diyelim ki bir otobüs durağında duruyorsunuz. Sireni çalan bir ambulans caddeden size doğru geliyor. Araba yaklaşırken duyacağınız sesin frekansı aynı değildir.

İlk başta ses daha fazla olacak yüksek frekans araba durağa vardığında. Siren sesinin gerçek frekansını duyacaksınız, uzaklaştıkça sesin frekansı azalacaktır. işte bu Doppler etkisi.

Gözlemci tarafından algılanan radyasyonun frekansı ve dalga boyu, radyasyon kaynağının hareketine bağlı olarak değişir.

Cap'e Doppler etkisini kimin keşfettiği sorulsa, tereddüt etmeden Doppler'in bunu yaptığı cevabını verecektir. Ve haklı olacak. Bu fenomen teorik olarak kanıtlanmış 1842 Avusturyalı fizikçi tarafından yıl Hıristiyan Doppler, daha sonra onun adını almıştır. Doppler teorisini sudaki dalgaları gözlemleyerek ve gözlemlerin tüm dalgalara genellenebileceğini öne sürerek türetmiştir. Daha sonra ses ve ışık için Doppler etkisini deneysel olarak doğrulamak mümkün oldu.

Yukarıda ses dalgaları için Doppler etkisinin bir örneğine baktık. Ancak Doppler etkisi yalnızca ses için geçerli değildir. Var:

• Akustik Doppler etkisi;
• Optik Doppler etkisi;
• Elektromanyetik dalgalar için Doppler etkisi;
• Göreli Doppler etkisi.

İlkinin verilmesine yardımcı olan, ses dalgaları ile yapılan deneylerdi. deneysel doğrulama bu etki.

Doppler etkisinin deneysel olarak doğrulanması

Christian Doppler'in muhakemesinin doğruluğunun doğrulanması, ilginç ve sıra dışı olanlardan biriyle ilişkilidir. fiziksel deneyler. İÇİNDE 1845 Hollandalı meteorolog Hıristiyan Oylaması güçlü bir lokomotifi ve mükemmel perdeye sahip müzisyenlerden oluşan bir orkestrayı aldı. Müzisyenlerden bazıları - bunlar trompetçilerdi - trenin açık alanında gezinip sürekli aynı notayı çaldılar. Diyelim ki ikinci oktavın A'sıydı.

Diğer müzisyenler istasyonda meslektaşlarının çaldıklarını dinliyorlardı. Deneydeki tüm katılımcıların mutlak işitmesi, hata olasılığını minimuma indirdi. Deney iki gün sürdü, herkes yoruldu, çok fazla kömür yakıldı ama sonuçlar buna değdi. Sesin perdesinin aslında kaynağın veya gözlemcinin (dinleyicinin) göreceli hızına bağlı olduğu ortaya çıktı.

Doppler efektinin uygulanması

En yaygın olarak bilinen uygulamalardan biri, hız sensörleri kullanılarak hareket eden nesnelerin hızının belirlenmesidir. Radar tarafından gönderilen radyo sinyalleri arabalardan yansıtılarak geri döndürülür. Bu durumda sinyallerin geri döndüğü frekans ofseti doğrudan makinenin hızıyla ilgilidir. Hız ve frekans değişimi karşılaştırılarak hız hesaplanabilir.

Doppler etkisi tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır. Ultrason teşhis cihazlarının çalışması buna dayanmaktadır. Ultrasonda ayrı bir teknik var Dopplerografi.

Doppler etkisi aynı zamanda optik, akustik, radyo elektroniği, astronomi, radar.

Bu arada! Okuyucularımız için şimdi %10 indirim var.

Oynanan Doppler etkisinin keşfi önemli rol oluşum sırasında modern fizik. Onaylardan biri teoriler büyük patlama bu etkiye dayanmaktadır. Doppler etkisi ile Büyük Patlama arasında nasıl bir ilişki vardır? Big Bang teorisine göre Evren genişliyor.

Uzak galaksileri gözlemlerken kırmızıya bir kayma gözlenir; spektral çizgiler spektrumun kırmızı tarafına. Kırmızıya kaymayı Doppler etkisi ile açıklayarak teoriyle tutarlı bir sonuç çıkarabiliriz: galaksiler birbirinden uzaklaşıyor, Evren genişliyor.

Doppler efektinin formülü

Doppler etkisi teorisi eleştirildiğinde, bilim adamının muhaliflerinin argümanlarından biri, teorinin yalnızca sekiz sayfada yer alması ve Doppler etkisi formülünün türetilmesinin hantal matematiksel hesaplamalar içermemesiydi. Bize göre bu sadece bir artı!

İzin vermek sen – alıcının ortama göre hızı, v – dalga kaynağının ortama göre hızı, İle - Ortamdaki dalgaların yayılma hızı, w0 - kaynak dalgaların frekansı. O zaman en genel durumda Doppler etkisinin formülü şöyle görünecektir:

Burada w – alıcının kaydedeceği frekans.

Göreli Doppler etkisi

Klasik Doppler etkisinin aksine, elektromanyetik dalgalar boşlukta yayıldığında Doppler etkisini hesaplamak için SRT kullanılmalı ve göreceli zaman genişlemesi dikkate alınmalıdır. Bırakın ışık - İle , v – kaynağın alıcıya göre hızı, teta – kaynağa doğru olan yön ile alıcının referans sistemi ile ilişkili hız vektörü arasındaki açı. Daha sonra formülü göreceli etki Doppler şöyle görünecek:

Bugün bunun hakkında konuştuk en önemli etki dünyamız - Doppler etkisi. Doppler etkisi problemlerini hızlı ve kolay bir şekilde nasıl çözeceğinizi öğrenmek ister misiniz? Onlara sorun, deneyimlerini paylaşmaktan mutluluk duyacaklardır! Ve sonunda Büyük Patlama teorisi ve Doppler etkisi hakkında biraz daha bilgi vereceğiz.