Што е Доплер ефект? Апликација - Доплер ефект Како функционира Доплер ефектот
Регистрирани од приемникот, предизвикани од движењето на нивниот извор и/или движењето на ресиверот. Лесно е да се набљудува во пракса кога автомобил со вклучена сирена поминува покрај набљудувачот. Да претпоставиме дека сирената произведува одреден тон и тој не се менува. Кога автомобилот не се движи во однос на набљудувачот, тогаш тој го слуша точно тонот што го прави сирената. Но, ако автомобилот се приближи поблиску до набљудувачот, фреквенцијата на звучните бранови ќе се зголеми (и должината ќе се намали), а набљудувачот ќе слушне поголем тон отколку што всушност емитува сирената. Во моментот кога автомобилот ќе помине покрај набљудувачот, тој ќе го слушне самиот тон што всушност го прави сирената. И кога автомобилот вози подалеку и се оддалечува наместо поблиску, набљудувачот ќе слушне понизок тон поради помалата фреквенција (и, соодветно, подолгата должина) на звучните бранови.
За бранови што се шират во кој било медиум (на пример, звук), неопходно е да се земе предвид движењето и на изворот и на примачот на брановите во однос на овој медиум. За електромагнетни бранови (како што е светлината), за кои не е потребен никаков медиум за ширење, важно е само релативното движење на изворот и приемникот.
Исто така важен е случајот кога наелектризираната честичка се движи во медиум со релативистичка брзина. Во овој случај, зрачењето Черенков, кое е директно поврзано со Доплеровиот ефект, се евидентира во лабораторискиот систем.
Каде ѓ 0 е фреквенцијата со која изворот емитува бранови, в- брзина на ширење на брановите во медиумот, v- брзината на изворот на бранот во однос на медиумот (позитивна ако изворот се приближува до приемникот и негативна ако се оддалечи).
Фреквенција снимена од фиксен приемник
u- брзината на приемникот во однос на медиумот (позитивна ако се движи кон изворот).
Заменувајќи ја вредноста на фреквенцијата од формулата (1) во формулата (2), ја добиваме формулата за општиот случај.
 |
(3) |
Релативистички Доплер ефект
Во случај на електромагнетни бранови, формулата за фреквенција е изведена од равенките на специјалната релативност.Бидејќи за ширење на електромагнетните бранови не е потребен материјален медиум, може да се земе предвид само релативната брзина на изворот и набљудувачот.
 |
Каде Со- брзина на светлината, v- релативна брзина на приемникот и изворот (позитивни ако се оддалечат еден од друг).
Како да се набљудува Доплеровиот ефект
Бидејќи феноменот е карактеристичен за сите осцилаторни процеси, многу е лесно да се набљудува за звук. Фреквенцијата на звучните вибрации се перцепира со уво како висина. Треба да почекате ситуација кога автомобил што се движи брзо ќе помине покрај вас, испуштајќи звук, на пример, сирена или само звучен сигнал. Ќе слушнете дека кога автомобилот ќе ви се приближи, јачината на звукот ќе биде повисок, а потоа, кога автомобилот ќе стигне до вас, нагло ќе падне и потоа, додека се оддалечува, автомобилот ќе заѕвони со пониска нота.
Апликација
Доплер радар
Врски
- Користење на Доплеров ефект за мерење на океанските струи
Фондацијата Викимедија. 2010 година.
Погледнете што е „Доплер смена“ во другите речници:
Доплер смена- Doplerio poslinkis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Доплер поместување; Доплер смена vok. Doppler Verschiebung, f rus. Доплер поместување, m; Доплер смена, n шега. поместување Доплер, m; отстапување Доплер, ѓ … Физички терминал е најстариот
Доплерско поместување на фреквенцијата- Doplerio dažnio poslinkis statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: engl. Доплер фреквенција поместување; Доплер фреквенција поместување vok. Doppler Frequenzverschiebung, f rus. Доплерско поместување на фреквенцијата, m; Доплерско поместување на фреквенцијата, n…… Термин на радиоелектроник
Црвено поместување на спектралните линии хемиски елементина црвената (долга бранова должина) страна. Овој феномен може да биде израз на Доплеров ефект или гравитациско црвено поместување или комбинација од двете. Поместување на спектарот... Википедија
Зголемување на брановите должини (l) на линии во електрична енергија. маг. изворен спектар (поместување на линиите кон црвениот дел од спектарот) во споредба со линиите на референтните спектри. Квантитативно K. s. се карактеризира со вредноста z=(lprin lsp)/lsp, каде што lsp и lprin... ... Физичка енциклопедија
Гравитационото сино поместување на квант (фотон) или друга елементарна честичка (како што е електрон или протон) кога паѓа во гравитационо поле (создадено од жолта ѕвезда на дното ... Википедија
Намалување на фреквенцијата електромагнетно зрачење, една од манифестациите на Доплеровиот ефект. Името „К. Со." поради фактот што во видливиот дел од спектарот, како резултат на оваа појава, линиите се поместени кон неговиот црвен крај; К.с. забележано... ... Голема советска енциклопедија
Промената на фреквенцијата на осцилации w или брановата должина l воочена од набљудувачот кога изворот на осцилациите и набљудувачот се движат релативно еден на друг. Појавата на Д.е. Најлесен начин да се објасни е со следење. пример. Нека испушта неподвижен извор... Физичка енциклопедија
Теориите на релативноста претставуваат суштински дел од теоретската основа на модерната физика. Постојат две главни теории: посебна (посебна) и општа. И двете беа создадени од А. Ајнштајн, особено во 1905 година, генерално во 1915 година. Во модерната физика, особено... ... Енциклопедија на Колиер
Гранка на астрономијата која ги проучува вселенските објекти со анализа на радио емисијата што доаѓа од нив. Многумина космички телаемитуваат радио бранови кои стигнуваат до Земјата: тоа се, особено, надворешните слоеви на Сонцето и планетарните атмосфери, облаци од меѓуѕвезден гас.…… Енциклопедија на Колиер
Топло блескав небесни тела, слично на Сонцето. Ѕвездите се разликуваат по големина, температура и светлина. Во многу аспекти, Сонцето е типична ѕвезда, иако изгледа многу посветла и поголема од сите други ѕвезди, бидејќи се наоѓа многу поблиску до... ... Енциклопедија на Колиер
Енциклопедиски YouTube
-
1 / 5
Врз основа на неговите сопствени набљудувања на брановите на водата, Доплер сугерираше дека слични феномени се случуваат во воздухот со други бранови. Врз основа на теоријата на бранови, тој во 1842 година заклучил дека приближувањето на изворот на светлина до набљудувачот ја зголемува набљудуваната фреквенција, а растојанието ја намалува (член „За обоената светлина на двојните ѕвезди и некои други ѕвезди на небесата“ (Англиски)руски"). Доплерот теоретски ја потврди зависноста на фреквенцијата на вибрациите на звукот и светлината што ги перцепира набљудувачот од брзината и насоката на движење на изворот на бранот и набљудувачот релативно едни на други. Овој феномен подоцна беше именуван по него.
Доплер го користел овој принцип во астрономијата и направил паралела помеѓу акустичните и оптичките појави. Тој верувал дека сите ѕвезди испуштаат бела светлина, но бојата се менува поради нивното движење кон или подалеку од Земјата (овој ефект за оние што ги смета Доплер двојни ѕвездимногу мал). Иако промените во бојата не можеа да се забележат со тогашната опрема, теоријата за звукот беше тестирана уште во 1845 година. Само откривањето на спектралната анализа овозможи експериментално да се тестира ефектот во оптика.
Критика на објавувањето на Доплер
Главната основа за критика беше дека написот немаше експериментален доказ и беше чисто теоретски. Иако општото објаснување на неговата теорија и придружните илустрации што ги дал за звукот биле точни, објаснувањата и деветте придружни аргументи за промената на бојата на ѕвездите не биле точни. Грешката настанала поради заблудата дека сите ѕвезди испуштаат бела светлина, а Доплер очигледно не знаел за откритијата на инфрацрвеното (В. Хершел, 1800) и ултравиолетовото зрачење (И. Ритер, 1801).
Иако доплеровиот ефект беше потврден експериментално за звук до 1850 година, тој теоретска основапредизвика жестока дебата, која ја предизвика Јозеф-Петцвал. Главните приговори на Петцвал беа засновани на преувеличување на улогата виша математика. Тој одговори на теоријата на Доплер со неговиот труд „За основните принципи на движењето на брановите: Законот за зачувување на брановата должина“, презентиран на состанокот на Академијата на науките на 15 јануари 1852 година. Во него, тој тврди дека теоријата не може да има вредност ако е објавена на само 8 страници и користи само едноставни равенки. Во своите приговори, Пецвал измешал два сосема различни случаи на движење на набљудувачот и изворот и движењето на медиумот. Во вториот случај, според теоријата на Доплер, фреквенцијата не се менува.
Експериментална верификација
Во 1845 година, холандски метеоролог од Утрехт, Кристофер-Хенрик-Дидерик-Бујс-Балот, го потврдил Доплеровиот ефект за звук на железничката пруга меѓу Утрехт и Амстердам. Локомотивата, која достигна тогаш неверојатна брзина од 64 км/ч, повлече отворен автомобил со група трубачи. Балот ги слушаше промените во тонот додека кочијата се движеше додека се приближуваше и се оддалечуваше. Истата година, Доплер спроведе експеримент користејќи две групи трубачи, едната се оддалечи од станицата, а другата остана неподвижна. Тој потврди дека кога оркестрите свират една нота се во дисонанца. Во 1846 година, тој објавил ревидирана верзија на неговата теорија, во која го разгледувал и движењето на изворот и движењето на набљудувачот. Подоцна во 1848 година, францускиот физичар Арман Физо ја генерализирал работата на Доплер, проширувајќи ја неговата теорија на светлина (тој го пресметал поместувањето на линиите во спектрите на небесните тела). Во 1860 година, Ернст Мах предвидел дека линиите на апсорпција во спектрите на ѕвездите поврзани со самата ѕвезда треба да го покажат Доплеровиот ефект, и дека во овие спектри има линии на апсорпција од копнено потекло кои не го покажуваат Доплеровиот ефект. Првата релевантна опсервација била направена во 1868 година од Вилијам Хагинс.
Директна потврда на Доплеровите формули за светлосни бранови беше добиена од Г. Фогел во 1871 година со споредување на позициите на линиите на Фраунхофер во спектрите добиени од спротивните рабови на сончевиот екватор. Релативната брзина на рабовите, пресметана од вредностите на спектралните интервали измерени од Г. Фогел, се покажа дека е блиска до брзината пресметана од поместувањето на сончевите дамки.
Суштината на феноменот
Исто така важен е случајот кога наелектризираната честичка се движи во средина со релативистичка брзина. Во овој случај, зрачењето Черенков, кое е директно поврзано со Доплеровиот ефект, се евидентира во лабораторискиот систем.
Математички опис на феноменот
Ако изворот на бранот се движи во однос на медиумот, тогаш растојанието помеѓу брановите врвови (бранова должина λ) зависи од брзината и насоката на движење. Ако изворот се движи кон приемникот, односно се израмни со бранот што го емитува, тогаш брановата должина се намалува; ако се оддалечи, брановата должина се зголемува:
каде е аголната фреквенција со која изворот испушта бранови, c (\displaystyle c)- брзина на ширење на брановите во медиумот, v (\displaystyle v)- брзината на изворот на бранот во однос на медиумот (позитивна ако изворот се приближува до приемникот и негативна ако се оддалечи).
Фреквенција снимена од фиксен приемник
Слично на тоа, ако приемникот се движи кон брановите, почесто ги регистрира нивните гребени и обратно. За стационарен извор и ресивер во движење
ω = ω 0 (1 + u c) , (\displaystyle \omega =\omega _(0)\left(1+(\frac (u)(c))\десно),) (2) Каде u (\displaystyle u)- брзината на приемникот во однос на медиумот (позитивна ако се движи кон изворот).
Замена наместо тоа ω 0 (\displaystyle \omega _(0))во формулата (2) вредноста на фреквенцијата ω (\displaystyle \omega)од формулата (1), ја добиваме формулата за општиот случај:
ω = ω 0 (1 + u c) (1 − v c) . (\displaystyle \omega =\omega _(0)(\frac (\left(1+(\frac (u)(c))\ right))(\left(1-(\frac (v)(c) )\ нели))))) (3) Релативистички Доплер ефект
ω = ω 0 ⋅ 1 − v 2 c 2 1 + v c ⋅ cos θ (\displaystyle \omega =\omega _(0)\cdot (\frac (\sqrt (1-(\frac (v^(2)) )(c^(2))))(1+(\frac (v)(c))\cdot \cos \theta ))) Каде c (\displaystyle c)- брзина на светлината, v (\displaystyle v)- брзина на изворот во однос на приемникот (набљудувач), θ (\displaystyle \theta)- аголот помеѓу насоката кон изворот и векторот на брзината во референтниот систем на приемникот. Ако изворот радијално се оддалечи од набљудувачот, тогаш θ = 0 (\displaystyle \theta =0), ако се приближи, тогаш θ = π (\displaystyle \theta =\pi).
Релативистичкиот Доплер ефект се должи на две причини:
- класичен аналог на промена на фреквенцијата со релативно движење на изворот и приемникот;
Последниот фактор води до попречен Доплер ефект, кога аголот помеѓу векторот на бранот и брзината на изворот е еднаков на θ = π 2 (\приказ стил \тета =(\frac (\pi )(2))). Во овој случај, промената на фреквенцијата е чисто релативистички ефект кој нема класичен аналог.
Набљудување на Доплеровиот ефект
Бидејќи феноменот е карактеристичен за сите бранови и текови на честички, многу е лесно да се набљудува за звук. Фреквенцијата на звучните вибрации се перцепира со уво како висина. Треба да почекате ситуација кога покрај вас ќе помине автомобил или воз кој брзо се движи, испуштајќи звук, на пример, сирена или само звучен сигнал. Ќе слушнете дека кога автомобилот ќе ви се приближи, јачината на звукот ќе биде повисок, а потоа, кога автомобилот ќе стигне до вас, нагло ќе падне и потоа, додека се оддалечува, автомобилот ќе заѕвони со пониска нота.
Апликација
Доплеровиот ефект е составен дел модерни теорииза почетокот на Универзумот (Биг Бенг и црвено поместување). Принципот добил бројни примени во астрономијата за мерење на брзината на движење на ѕвездите по линијата на видот (приближување или оддалечување од набљудувачот) и нивната ротација околу оската, параметрите на ротација на планетите,
1Јушкевич Р.С., Дегтјарева Е.Р.
Статијата дава изведба на формули за Доплеровиот ефект без користење на законот за собирање брзини, но користејќи го принципот на постојаност на брзината на светлината само во однос на изворот на светлина. Утврдена е просторната граница на можноста за примање електромагнетни бранови. Се разгледува зависноста на брзината на светлината од растојанието. Се одредува коефициентот за пресметување на брзината на светлината.
За да го објасниме ефектот, претпоставуваме дека светлината што доаѓа од изворот на светлина е поврзана со изворот и се шири од него со брзина s = 3 10 8 m/sво однос на изворот. За приемникот, брзината на светлината во однос на изворот ќе се додаде на брзината на изворот v.
Да се одреди фреквентната зависност на светлината ν од брзина v, разгледајте го ширењето на светлината од два извора, од кои едниот Ѕ се оддалечува од ресиверот со брзина v, а другиот С 0 почива.
Ориз. 1.
Идентични извори испуштаат светлина со иста фреквенција ν 0 . Светлината во однос на изворите се шири со иста брзинаСо, затоа емитираната бранова должина λ 0 ќе биде исто. Светлината ќе се приближи до приемникот од подвижен извор со брзина со-vи бранова должина λ 0 ќе бидат прифатени навреме Т =(период), и од стационарен извор - во времето Т 0 =. Периодите се реципрочни величини на фреквенциите на осцилации и . Да ги замениме вредностите ТИ Т 0во добиените еднаквости
делејќи ги термин по поим, добиваме
,добиваме [стр. 181].
(1)Во случај кога изворот и приемникот се приближуваат, потребен ви е знак vзамени со спротивното, добиваме
. Забележи го тоа со-vИ все брзините на светлината во однос на приемникот и изворот на светлина, соодветно.Сега разгледајте го случајот кога изворот на светлина се движи нормално на насоката на приемникот. Имајќи предвид дека светлината е поврзана со извор, таа се шири во однос на него со брзина Сои го носи со брзина vза да удри во ресиверот мора да биде насочен под одреден агол α Значи sinα= . Во овој случај, компонентата на брзината на светлината се совпаѓа со насоката кон приемникот Аќе биде , компонентата v во оваа насока е еднаква на 0. За да не се повтори претходното расудување, ја користиме формулата (1), со-vго заменуваме со , и брзината c во однос на изворот останува непроменета. Како резултат добиваме:
што одговара на резултатот добиен во експериментите на Ајвс [стр. 181].
Ориз. 2.
Кога светлината поминува од извор до приемник, нејзината фреквенција се менува од ν 0 пред ν. Од формулата с=λνпроизлегува дека мора да се менува и брановата должина. Ако бран со должина дојде од извор на светлина λ 0 , тогаш ресиверот ќе го прими поинаку, да речеме λ . Добијте вредност λ тоа е можно со искористување на фактот дека λ И ν количините се обратно пропорционални
. Замена на вредноста ν
од формулата (1),
добивамеЗа да бидеме посигурни, оваа формула ја добиваме на поинаков начин.
Секој приемник на светлина може да биде и емитер, што значи дека го има истиот медиум за носење светлина како изворот, а светлината се шири во него со брзина Со. Светлината, поминувајќи од изворниот медиум до медиумот на примачот, добива брзина Сово однос на приемникот.
Должина на бранот λ 0 од изворот до интерфејсот помеѓу изворот и медиумот на приемникот се приближува со брзина со -vа границата ќе помине во времето C од самиот почеток на влегувањето на бранот во сферата на медиумот на приемникот, неговиот почеток добива брзина c во однос на приемникот и во времето T ќе го помине растојанието λ = cT.Замена на вредноста Т, добиваме:
Ориз. 3.
Во првата половина на дваесеттиот век. Американскиот научник Хабл открил во спектрите на далечните ѕвезди поместување на спектралните линии кон црвениот дел од спектарот во споредба со лабораториските спектри - „црвено поместување“. Ова значеше дека добиената бранова должина λ е поголема од λ 0 и колку е подалеку ѕвездата, толку е поголемо „црвеното поместување“.
Во формулата (2) вклучува четири количини λ, λ 0 , sИ v. До моментот кога беше откриено „црвеното поместување“, брзината на светлината со постулат на Ајнштајн беше фиксирана константна во однос на која било референтна рамка, што значи λ 0 , поврзана со брзината на светлината c и изворот на зрачење, се покажа дека е константна. Во формулата (2) променлива количина λ , се покажа дека е поврзана со брзината на изворот v. Зголемување λ предизвикува зголемување v.
„Црвеното поместување“ е забележано кај ѕвездите лоцирани во сите правци, така што беше препознаено проширувањето на Универзумот.
Во астрономијата, врската помеѓу λ И vопределен со друга формула
(3)за повлекување на извор на зрачење.
За ист феномен и исти количини, две формули воспоставуваат различни зависности! За да го разбереме ова, да ги споредиме резултатите што ги даваат овие формули за различни v. Ограничувања на вредноста на брзината vне е потребна формула. За погодност, ги означуваме брановите должини λ 3И λ 2според назначувањето на формулите (3) И ( 2 ) во кои се вклучени. На v=0 :
На 0< v< с спореди по поделба:
Ако v„Со, тогаш λ 3 ≈ λ 2.Под овие два услови, резултатите се практично конзистентни еден со друг.
Кога v = c;
λ 2 се претвора во бесконечност, додека формулата (1) дава 
. Излегува дека светлосниот бран не стигнува до приемникот од изворот, тој се движи со брзина Соќе се движи од изворот до ресиверот и заедно со изворот ќе се оддалечи од него со иста брзина c - c = 0.Третата споредба бара да се заклучи која формула правилно ја одразува реалноста. Потекло на формулата (2) дискутирано на почетокот на статијата. Сега да погледнеме како се добива формулата (3).
Ориз. 4.
Да замислиме дека изворот на светлина е опкружен со медиум во кој светлината се шири до приемникот со брзина Со. Извор на светлина во одредена точка Апочна да испушта бран. Да го означиме времето на емисија на еден бран Т(период). Од моментот кога бранот почнува да се појавува, тој почнува да се движи кон приемникот на животната срединасо брзина Сои за времето Тќе се оддалечи од точката Ана далечина ул. Но, во истото време, изворот, движејќи се од ресиверот, ќе заврши во точката СО, откако го помина растојанието AC =vТ, каде што ќе биде крајот на бранот. Растојание од СОдо B и ќе биде брановата должина λ = сТ +vT = (c +v) Т
Ако изворот не се движи, тогаш v = 0 а брановата должина ќе биде λ 0 = cT.Со делење λ на λ 0, добиваме:
На почетокот на статијата, го разгледавме медиумот што ја обезбедува брзината на светлината c; тој е или поврзан со изворот или со примачот на светлина. Првиот ги дава формулите (1) и (2). Веројатноста дека вториот, од далечен приемник на светлина, влијаел на брзината на светлината повеќе од околината на изворот на светлина е занемарлива. Останува медиум, кој не е поврзан ниту со изворот ниту со примачот на светлината, кој делува како воздух (материја) при ширењето на звукот. Но, негативниот резултат од експериментите на Мајкелсон за откривање на „етеричниот ветер“ докажа дека таков медиум не постои во природата. Останува да се даде предност на формулата (2). Претходно беше забележано дека кога изворот на светлина се оддалечува со брзина v = c, бранот нема да стигне до приемникот и сигналот нема да биде примен.
Хабл го воведе законот што го носи неговото име [стр. 120]
v= HD,
каде што v е брзината на отстранување на изворот на светлина, D е растојанието помеѓу изворот и приемникот, H е коефициентот на пропорционалност, наречен Хаблова константа.
.1 Mpc = 10 6 компјутер; 1 ЕЕЗ (парсек) = 3,26 светлосни години= 3. 10 13 км.
Да го најдеме растојанието на кое v = c:
;Д- ова е радиусот на сферата што го ограничува приемот на директно електромагнетно зрачење од пространоста на Универзумот. Од зоните во непосредна близина на оваа сфера во нејзиниот внатрешен дел, електромагнетното зрачење може да дојде само во форма на радио бранови. Во природата, не постои приоритетна насока во распределбата на ѕвездите, така што радио емисијата мора да доаѓа од сите правци рамномерно.
Ајде да ја разгледаме опцијата кога v>с.Во овој случај, формулите (1) и (2) даваат:
И .Ова значи дека бранот мора да дојде од насоката спротивна на местото каде што се наоѓа емитерот.
На v= 2 секундиние имаме
.Бранот ќе пристигне без „црвено поместување“. Границата на можен прием на електромагнетно зрачење дефинирана во статијата ќе биде точна ако законот на Хабл е вистинит и „црвеното поместување“ е предизвикано исклучиво со отстранување на емитер. Доколку се откријат други фактори кои ја намалуваат брзината на светлината во однос на приемникот (а можеби постојат), тогаш може да се приближи до границата за прием на бранови.
Сега да се свртиме кон формулите (1) И (2). Во нив CVе брзината на светлината во однос на приемникот, да ја означиме c 1 =c-vкаде v=c-c 1.Во формули vја претставува разликата во брзината на светлината, без оглед на природата на нејзиното појавување. Општо е прифатено дека ова е резултат на отстранување на изворот на светлина. Но, оваа разлика во брзината може да се појави и поради намалувањето на брзината на светлината со зголемување на растојанието. Светлината е проток на енергетски кванти и можно е нивната брзина да се намали.
Да претпоставиме дека брзината на светлината се намалува со зголемување на растојанието од изворот на светлина, фигуративно кажано, „светлината старее“.
Познато е дека брзината на светлината се намалува кога поминува од оптички помалку густа средина во погуста. Ова се должи на фактот дека условите за поминување на светлината се менуваат. Намалувањето на брзината се карактеризира со индекс на рефракција n;, Каде Со- брзина на светлината во вакуум a од 1- брзина во друга средина.
Ако, по претпоставка, брзината на светлината се намалува со зголемување на растојанието од изворот на светлина, тогаш се менуваат и условите за неговото поминување, што исто така може да се карактеризира со индекс на рефракција n.Откривме дека намалената брзина на светлината ќе биде .
Во написот „Искуството на Fizeau“ (журнал „Modern Science-Intensive Technologies“ бр. 2, 2007) за да се одреди брзината на светлината во подвижен медиум, индексот на рефракција nсе користеше во форма
, каде што дел од индикаторот се определува со атомот што емитува, а се одредува според условите за поминување на светлината во медиумот.Дозволете ни да го примениме овој приказ на индексот на рефракција за вакуум. Ако ја прифатиме претпоставката дека брзината на светлината се намалува во вакуум, а вакуумот е хомогена средина, тогаш намалувањето на брзината на светлината треба да зависи само од растојанието и е пропорционално на него. Затоа можеме да напишеме каде Д- растојание до изворот на светлина, μ - коефициентот на пропорционалност е константна вредност. Брзината на добиената светлина ќе биде
Разликата помеѓу почетната и намалената брзина на светлината ќе биде
Ова ја изразува врската помеѓу намалувањето на брзината на светлината и растојанието Д. Врската помеѓу овие исти количини е изразена со Хабловиот закон каде v- брзината на отстранување на ѕвездата, која е за светлосниот приемник разлика s-s 1 .
Ајде да ги споредиме вредностите v, што ги даваат овие две равенки за границите на растојанието Д.
Ако , тогаш од првата равенка добиваме: , n=1 (за кратки растојанија) и . Од законот на Хабл добиваме и .
Ако оваа коинциденција не е случајна, може да се претпостави дека квантите на светлосната енергија се поврзани со емитерот; на тоа укажува и поврзувањето на медиумот што носи светлина со изворот на светлина.
За да се одреди брзината од 1, треба да одлучиме во врска со nравенката:
и најдете ја брзината низ n од 1.
За мали вредности на D, може да се користи Хабловиот закон.
Има јасна контрадикторност во статијата. Врз основа на концептот за проширување на Универзумот, заклучено е дека постои ограничување на можниот прием на електромагнетни бранови, но врз основа на природното намалување на брзината на светлината, не постои таква граница. Излегува дека откривањето на таквата граница ќе биде доказ за проширувањето на Универзумот.
Написот, исто така, претпоставува, без убедлива основа, дека брзината на светлината зависи од растојанија. Основата за оваа претпоставка ќе биде откриена кога ќе се разгледа процесот на емисија на светлосни кванти од атом.
БИБЛИОГРАФИЈА:
- Зисман Г.А., Тодес О.М., Курс по општа физика том.3. - М.: „Наука“, 1972 година.
- Воронцов - Вељаминов Б.А. Астрономија 10. - М.: „Просветителство“, 1983 година.
Библиографска врска
Јушкевич Р.С., Дегтјарева Е.Р. ДОПЛЕР ЕФЕКТ И БРЗИНА НА СВЕТЛИНАТА // Основно истражување. – 2008. – бр. 3. – стр. 17-24;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=2764 (датум на пристап: 16.02.2020). Ви ги пренесуваме списанијата што ги издава издавачката куќа „Академија за природни науки“Порака од администраторот:
Момчиња! Кој долго време сака да учи англиски?
Одете на и добијте две бесплатни лекцииНа училиште на англиски SkyEng!
Јас сам учам таму - многу е кул. Има напредок.Во апликацијата можете да научите зборови, да тренирате слушање и изговор.
Пробајте го. Две лекции бесплатно користејќи ја мојата врска!
КликнетеАко изворот на бранот се движи во однос на медиумот, тогаш растојанието помеѓу брановите врвови (бранова должина) зависи од брзината и насоката на движење. Ако изворот се движи кон приемникот, односно се израмни со бранот што го испушта, тогаш брановата должина се намалува. Ако се отстрани, брановата должина се зголемува.
Фреквенцијата на бранот воопшто зависи само од брзината со која се движи приемникот
Штом бранот започнал од изворот, брзината на неговото ширење се одредува само од својствата на медиумот во кој се шири - изворот на бранот повеќе не игра никаква улога. На површината на водата, на пример, брановите, еднаш возбудени, потоа се шират само поради интеракцијата на силите на притисок, површинскиот напон и гравитацијата. Акустичните бранови се шират во воздухот (и другите медиуми што спроведуваат звук) поради насоченото пренесување на разликите во притисокот. И ниту еден од механизмите за ширење на бранот не зависи од изворот на бранот. Оттука Доплер ефект.
За да биде појасно, да разгледаме пример за автомобил со сирена.
Прво да претпоставиме дека автомобилот е во мирување. Звукот од сирената стигнува до нас бидејќи еластичната мембрана внатре во неа периодично делува на воздухот, создавајќи компресии во него - области на зголемен притисок - наизменично со правосмукалки. Врвовите на компресија - „грбовите“ на акустичниот бран - се шират низ медиумот (воздухот) додека не стигнат до нашите уши и не ги зафатат тапанчињата. Така, додека автомобилот е во мирување, ќе продолжиме да го слушаме непроменетиот тон на неговиот сигнал.
Но, штом автомобилот ќе почне да се движи во ваша насока, ќе се додаде нов Ефект. Во текот на времето од емисијата на еден врв на бранови до следниот, автомобилот ќе помине одредено растојание кон вас. Поради ова, изворот на секој следен врв на бранот ќе биде поблиску. Како резултат на тоа, брановите ќе стигнуваат до вашите уши почесто отколку додека автомобилот бил во мирување, а јачината на звукот што го гледате ќе се зголеми. Спротивно на тоа, ако автомобил со сирена се вози во спротивна насока, врвовите на акустичните бранови поретко ќе допираат до вашите уши, а воочената фреквенција на звукот ќе се намали.
Тоа е важно во астрономијата, сонарот и радарот. Во астрономијата, доплеровото поместување на одредена фреквенција на емитирана светлина може да се користи за да се процени брзината на движењето на ѕвездата долж нејзината линија на набљудување. Најизненадувачкиот резултат доаѓа од набљудувањето на доплеровото поместување на фреквенциите на светлината од далечните галаксии: таканареченото црвено поместување покажува дека сите галаксии се оддалечуваат од нас со брзина од околу половина од брзината на светлината, зголемувајќи се со растојанието. Останува отворено прашањето дали Универзумот се шири на сличен начин или дали црвеното поместување се должи на нешто друго освен „расфрлањето“ на галаксиите.
Познато е дека кога брзиот електричен воз се приближува до неподвижен набљудувач, неговиот звучен сигнал изгледа повисок, а кога се оддалечува од набљудувачот, тој изгледа понизок од сигналот на истиот електричен воз, но неподвижен.
Доплер ефект повикајте ја промената на фреквенцијата на брановите снимени од приемникот, што се јавува поради движењето на изворот на овие бранови и приемникот.
Изворот, движејќи се кон приемникот, се чини дека компресира пружина - бран (сл. 5.6).
Овој ефект се забележува при ширење на звучните бранови (акустичен ефект) и електромагнетните бранови (оптички ефект).
Да разгледаме неколку случаи на манифестација акустичен доплер ефект .
Нека примачот на звучни бранови P во гасовит (или течен) медиум е неподвижен во однос на него, а изворот што го оддалечувам од приемникот со брзина долж правата линија што ги поврзува (сл. 5.7, А).
Изворот се движи во медиумот во одреден временски период еднаков на периодотнеговите осцилации, на растојание , каде е фреквенцијата на осцилации на изворот.
Затоа, кога изворот се движи, брановата должина во медиумот е различна од нејзината вредност со стационарен извор:
,каде е фазната брзина на бранот во медиумот.
Фреквенцијата на брановите снимени од приемникот е
(5.7.1) Ако векторот на брзината на изворот е насочен под произволен агол на векторот на радиусот што го поврзува стационарниот приемник со изворот (сл. 5.7, б), Тоа
(5.7.2) Ако изворот е неподвижен и приемникот му се приближува со брзина по правата линија што ги поврзува (сл. 5.7, В), тогаш брановата должина во медиумот е . Меѓутоа, брзината на ширење на бранот во однос на приемникот е еднаква на , така што фреквенцијата на бранот снимена од примачот
(5.7.3) Во случај кога брзината е насочена под произволен агол на векторот на радиусот што го поврзува подвижниот приемник со стационарен извор (сл. 5.7, Г), ние имаме:
Оваа формула може да се претстави и како (ако)
, (5.7.6) каде е брзината на изворот на бранот во однос на примачот и е аголот помеѓу векторите и . Се нарекува количината еднаква на проекцијата на насоката радијална брзина на изворот.
Оптички доплер ефект
Кога изворот и примачот на електромагнетни бранови се движат релативно еден на друг, тоа исто така се набљудува Доплер ефект , т.е. промена на фреквенцијата на брановите, регистриран од примачот. За разлика од Доплеровиот ефект што го разгледавме во акустиката, законите на овој феномен за електромагнетни бранови можат да се утврдат само врз основа на специјалната теорија на релативноста.
Опишување на врската Доплер ефектЗа електромагнетни брановиво вакуум, земајќи ги предвид трансформациите на Лоренц, има форма:
.
(5.7.7) При мали брзини на движење на изворот на бран во однос на приемникот, релативистичката формула за Доплеровиот ефект (5.7.7) се совпаѓа со класичната формула (5.7.2).
Ако изворот се движи во однос на приемникот по правата линија што ги поврзува, тогаш набљудуваме надолжен доплер ефект .
Во случај на приближување до изворот и приемникот ()
,
(5.7.8) а во случај на нивно меѓусебно отстранување ()
.
(5.7.9) Дополнително, од релативистичката теорија на Доплеровиот ефект го следи постоењето попречен Доплер ефект , забележано на и , т.е. во случаи кога изворот се движи нормално на линијата на набљудување (на пример, изворот се движи во круг, приемникот е во центарот):
.
(5.7.10) Попречниот Доплер ефект е необјаснив во класичната физика. Тоа претставува чисто релативистички ефект.
Како што може да се види од формулата (5.7.10), попречниот ефект е пропорционален на односот, затоа е многу послаб од надолжниот, кој е пропорционален на (5.7.9).
Во општиот случај, векторот на релативната брзина може да се разложи на компоненти: едниот обезбедува надолжен ефект, другиот обезбедува попречен ефект.
Постоењето на попречниот Доплер ефект следи директно од временското проширување во подвижните референтни рамки.
Првата експериментална проверка на постоењето на Доплеровиот ефект и исправноста на релативистичката формула (5.7.7) ја извршија американските физичари Г. Ајвс и Д. Стилвел во 30-тите години. Со помош на спектрограф, тие го проучувале зрачењето на атоми на водород забрзано до брзини од m/s. Во 1938 година резултатите беа објавени. Резиме: попречниот Доплер ефект беше забележан во целосна согласност со релативистичките трансформации на фреквенцијата (се покажа дека емисиониот спектар на атомите е префрлен во регионот со ниска фреквенција); потврден е заклучокот за временско проширување кај подвижните инерцијални референтни рамки.
Доплеровиот ефект најде широка примена во науката и технологијата. Овој феномен игра особено важна улога во астрофизиката. Врз основа на доплеровото поместување на линиите за апсорпција во спектрите на ѕвездите и маглините, можно е да се одредат радијалните брзини на овие објекти во однос на Земјата: при користење на формулата (5.7.6)
.
(5.7.11) Американскиот астроном Е. Хабл во 1929 година откри феномен наречен космолошко црвено поместување а се состои во тоа што линиите во емисионите спектри на екстрагалактичките објекти се поместени кон пониски фреквенции (подолги бранови должини). Се покажа дека за секој објект релативното поместување на фреквенцијата (е фреквенцијата на линијата во спектарот на стационарен извор, е набљудуваната фреквенција) е сосема иста за сите фреквенции. Космолошкото црвено поместување не е ништо повеќе од Доплеровиот ефект. Тоа покажува дека Метагалаксијата се шири, така што екстрагалактичките објекти се оддалечуваат од нашата Галаксија.
Метагалаксијата се подразбира како севкупност на сите ѕвездени системи. Со современите телескопи можете да набљудувате дел од Метагалаксијата, чиј оптички радиус е еднаков на
. Постоењето на овој феномен беше теоретски предвидено уште во 1922 година од страна на советскиот научник А.А. Фридман врз основа на развојот општа теоријарелативноста.Хабл воспоставил закон според кој релативното црвено поместување на галаксиите се зголемува пропорционално со нивното растојание .
Хабловиот закон може да се напише во форма
,
(5.7.12) Каде Х– Хабл константа. Според најновите проценки, спроведени во 2003 година,. (1 компјутер (парсек) е растојанието што светлината го поминува во вакуум за 3,27 години (
)).Во 1990 година, вселенскиот телескоп Хабл беше лансиран во орбитата на шатлот Дискавери (сл. 5.8).
Ориз. 5.8 Ориз. 5.9 Астрономите долго време сонуваа за телескоп кој би функционирал во видливиот опсег, но би се наоѓал надвор од земјината атмосфера, што во голема мера го попречува набљудувањето. Хабл не само што не ги разочара надежите на него, туку дури и ги надмина речиси сите очекувања. Тој фантастично го прошири „видното поле“ на човештвото, гледајќи во незамисливите длабочини на Универзумот. За време на својата работа, вселенскиот телескоп пренесе 700 илјади прекрасни фотографии на земјата (сл. 5.9). Особено, тој им помогна на астрономите да ја одредат точната старост на нашиот Универзум - 13,7 милијарди години; помогна да се потврди постоењето на чудна, но моќна форма на енергија во Универзумот - темна енергија; го докажа постоењето на супермасивни црни дупки; неверојатно јасно го сними падот на комета на Јупитер; покажа дека процесот на формирање на планетарни системи е широко распространет во нашата Галаксија; откриле мали протогалаксии со детектирање на зрачењето што го емитувале кога возраста на Универзумот била помала од 1 милијарда години.
Радарските ласерски методи за мерење на брзините на различни објекти на Земјата (на пример, автомобил, авион итн.) се засноваат на Доплеровиот ефект. Ласерската анемометрија е незаменлив метод за проучување на протокот на течност или гас. Хаотичното термичко движење на атомите на прозрачното тело предизвикува и проширување на линиите во неговиот спектар, што се зголемува со зголемување на брзината на термичкото движење, т.е. со зголемување на температурата на гасот. Овој феномен може да се користи за одредување на температурата на топлите гасови.
Се вчитува...