19.Эффект Доплера и его применение
Эффект Доплера описывает сдвиг частоты сигнала в зависимости от относительности движения источника и приемника. Так, волна посланная источником, которая удаляется о приемника будет приниматься им на меньшей частоте по сравнению с частотой волны о неподвижного источника. Если же приемник приближается к неподвижному источнику, то частота принимаемая им волны будет больше по сравнению ситуацией с неподвижным приемником. Этот эффект был открыт в 1842 году Доплером. Возможны ситуации когда приемник неподвижен, а источник приближается и когда источник неподвижен, а приемник удаляется.
1-ый случай: источник движется приемник неподвижен. Допустим, источник излучающий импульсы с периодом Т, движется со скоростью по направлению к покоящемуся источнику.
Рисунок
В момент времени
t
= 0 расстояние между источником и
приемником равно L.
Первый импульс достигает приемника в
момент времени
,
где U
– скорость волны. Второй импульс будет
послан приемнику в момент времени t
= T,
когда расстояние между источником и
приемником будет:
Таким образом,
второй импульс достигнет приемника в
момент времени
.
В результате в приемнике будут
регистрироваться импульсы с периодом:
Таким образом, частота сигнала fдоп регистрируемая приемником будет равна:
,
где f – частота сигнала, излучаемого источником.
Таким образом,
когда источник движется по направлению
к преемнику, частота регистрируемого
сигнала увеличивается на величину
, называемого доплеровским сдвигом
частоты.
Наоборот, когда источник движется от приемника, частота регистрируемого сигнала увеличивается в соответствии с выражением:
В случае движения источника при неподвижном приемнике эффект Доплера возникает из-за того, что изменяется длина волны, распространяющейся от источника к приемнику (частота волны).
2 – ой случай: приемник движется, а источник неподвижен.
Рисунок
В этом случае длина волны не изменится, а доплеровский сдвиг частоты возникает из-за того, что изменяется скорость волны W по отношению к приемнику.
-в
случае движения по направлению к
источнику
-движение
приемника от источника
Исходная частота
Применение: позволяет изучать скорость источников излучения или рассеивающих волны объектов и находит широкое практическое применение. В астрофизике эффект Доплера используется для определения скорости движения звезд, а также скорости вращения небесных тел. Изменение доплеровского смещения линий в спектрах излучения, удаляющихся галактик привели к выводу о расширении Вселенной (красное смещении). В спектроскопии доплеровское измерение линий излучения атомов и ионов дает способ измерения их температуры. В радио и гидролокации эффект Доплера используется для измерения скорости движущихся целей путем облучения соответствующими волнами (в воздухе – радиоволны, в воде – ультразвуковые) с последующей регистрацией отраженного сигнала и по Доплеровскому сдвигу частоты судят о скорости движения объекта.