Efectul Doppler • James Trefil, Enciclopedia "Două sute de legi ale universului"

Efect Doppler

Cu siguranță, cel puțin o dată în viața ta, trebuie să stai lângă drum, de-a lungul căruia rulează o mașină cu semnal special și o sirenă. În timp ce sirena se apropie, tonul ei este mai mare, atunci când mașina ajunge la tine, coboară și, în cele din urmă, atunci când mașina începe să se îndepărteze, se coboară din nou, iar tu faci cunoscutul: yyyiiiieeeeeAAAAAooouoummmmm – este vorba de scară. Asta, poate în necunoștință, în timp ce observi cea mai fundamentală (și cea mai utilă) proprietate a valurilor.

Valuri – în general, un lucru ciudat. Imaginați-vă că o sticlă goală se învârte în apropierea țărmului. Ea merge în sus și în jos, fără să se apropie de țărm, în timp ce apa pare a fi valuri pe țărm. Dar nu – apa (și o sticlă în ea) – rămân în loc, fluctuând doar într-un plan perpendicular pe suprafața rezervorului. Cu alte cuvinte, mișcarea mediului în care se propagă valurile nu corespunde cu mișcarea valurilor în sine. Cel puțin, fanii fotbalului au învățat acest lucru bine și au învățat cum să-l folosească în practică: suflând un "val" în jurul stadionului, nu alergă nicăieri, doar se ridică și sta la rândul lor și "valul" (în Marea Britanie, acest fenomen este numit " ") Se execută în jurul standurilor.

Valuri luate pentru a le descrie prin frecvență (numărul vârfurilor de undă pe secundă la punctul de observare) sau lungime (distanța dintre două creste sau văi adiacente). Aceste două caracteristici sunt interconectate prin viteza de propagare a undelor în mediu, prin urmare, cunoscând viteza propagării undelor și una dintre caracteristicile principalelor valuri, se poate calcula cu ușurință cealaltă.

Imediat ce un val a dispărut, viteza de propagare este determinată numai de proprietățile mediei în care se propagă, sursa valului nu mai joacă nici un rol. Pe suprafața apei, de exemplu, undele, excitate, se răspândesc numai datorită interacțiunii forțelor de presiune, a tensiunii superficiale și a gravitației. Undele acustice se propagă în aer (și în alte medii de conducere a sunetului) datorită transmiterii direcționale a căderii de presiune. Și nici unul dintre mecanismele de propagare a undelor nu depinde de sursa valului. Prin urmare, efectul Doppler.

Să ne gândim din nou la exemplul de sirenă. Să presupunem pentru un început că vehiculul special merită. Sunetul de la sirenă vine de la noi, deoarece membrana elastică din interiorul acesteia acționează periodic asupra aerului, creând o compresiune în acesta – zone de presiune mărită – alternând cu vid.Vârfurile de compresie – "crestăturile" undei acustice – se propagă în mediu (aer) până când ajung la urechile noastre și nu afectează timpanele, de unde semnalul ajunge în creierul nostru (așa este aranjamentul auditiv). În mod tradițional, numim frecvența vibrațiilor sonore percepute de noi ca ton sau pitch: de exemplu, frecvența oscilațiilor de 440 herte pe secundă corespunde cu nota "la" din prima octavă. Deci, în timp ce vehiculul special este în picioare, vom auzi tonul neschimbat al semnalului său.

Dar, de îndată ce vehiculul special se va mișca în direcția dvs., se va adăuga un nou efect. În timpul din momentul emiterii unui vârf al valului în celălalt, mașina va călări o anumită distanță spre tine. Din acest motiv, sursa fiecărui vârf de val va fi mai apropiată. Ca urmare, valurile vor ajunge la urechi mai des decât era în timp ce mașina era staționară, iar înălțimea sunetului pe care îl percepeți va crește. În schimb, dacă vehiculul special se mișcă în direcția opusă, vârfurile undelor acustice vor ajunge la urechi mai rar și frecvența percepută a sunetului va scădea. Aceasta este explicația de ce tonul sirenei coboară când o mașină cu semnale speciale trece.

Am considerat efectul Doppler în raport cu undele sonore, dar se aplică în egală măsură și pentru orice altul. Dacă se apropie sursa de lumină vizibilă, lungimea undei vizibile se scurtează și observăm așa-numitul violet offset (Din toate culorile vizibile ale gamei spectrului luminos, cele mai scurte lungimi de undă corespund violetei). Dacă sursa este îndepărtată, apare o schimbare aparentă spre partea roșie a spectrului (alungirea undelor).

Acest efect este numit după Christian Johann Doppler, care la prezis teoretic pentru prima dată. Am fost interesat de efectul Doppler toată viața mea datorită modului în care a fost testat pentru prima oară experimental. Omul de știință olandez Christian Ballot (Christian Buys Ballot, 1817-1870) a pus o bandă de alamă într-o mașină ferată deschisă, iar pe platformă a adunat un grup de muzicieni cu un pas absolut. (Urechea perfectă se numește abilitate, după ce a auzit nota, pentru ao numi cu precizie.). Ori de câte ori formația cu o mașină muzicală a trecut de platformă, banda de alamă a tras o notă, iar observatorii (ascultătorii) au înregistrat scorul muzical pe care îl ascultau. După cum era de așteptat, înclinația aparentă a sunetului era direct proporțională cu viteza trenului, care, de fapt, era prevăzută de legea Doppler.

Efectul Doppler este utilizat pe scară largă în știință și în viața de zi cu zi. La nivel mondial, este folosit în radarul poliției, care permite capturarea și amendarea încălcării normelor de circulație, depășind viteza. Pistolul radar emite un semnal de undă radio (de obicei, în gama UHF sau microunde), care se reflectă din corpul metalic al mașinii. Înapoi la semnalul radar vine deja cu schimbarea frecvenței Doppler, a cărei valoare depinde de viteza mașinii. Comparând frecvența semnalului de ieșire și de intrare, dispozitivul calculează automat viteza aparatului și îl afișează pe ecran.

Efectul Doppler a fost ceva mai esoteric în astrofizică: în special, Edwin Hubble, măsurând distanțele față de cele mai apropiate galaxii pentru prima dată cu cel mai nou telescop, a descoperit simultan o schimbare Doppler roșie în spectrul radiației lor atomice, care a concluzionat că galaxiile se îndepărtează de noicm. Legea Hubble). De fapt, a fost o concluzie la fel de neechivocă ca și cum, dacă ai închis ochii, ai auzit brusc că sunetul sunetului unui motor al unui model familial sa dovedit a fi mai mic decât era necesar și a concluzionat că mașina se îndepărtează de tine.În plus, Hubble a descoperit că, cu cât mai departe de galaxie, cu atât mai puternică este schimbarea roșie (și cu cât mai repede zboară de la noi), ea a realizat că universul se extinde. Acesta a fost primul pas spre teoria Big Bang – și acest lucru este mult mai grav decât un tren cu bandă de alamă.

Christian Johann Doppler
Christian Johann Doppler, 1803-53

Fizician austriac. Născut în Salzburg în familia unui zidar. A absolvit Institutul Politehnic din Viena, rămânând în posturi de învățământ junior până în 1835, când a primit o ofertă de conducere a Departamentului de Matematică de la Universitatea din Praga, care la forțat ultima dată să renunțe la decizia sa urgentă de emigrare în America, disperată de recunoaștere în cercurile domestice. A absolvit cariera de profesor la Universitatea Imperială Regală din Viena.


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: