8 Эффект Доплера

Акустика движущихся сред – раздел акустики, в котором изучаются звуковые явления при движении среды или источников и приёмников звука. «Движение и звук» подразумевает движение среды, приёмников звука, источника звуковых колебаний, либо границы, либо их вариации. Акустика движущихся сред касается очень многих разделов акустики, таких как аэроакустика, акустические течения, аэродинамика, гидролокация и аэролокация, а также эффект Доплера.

В 1842 К. Доплер (1803-1853) теоретически обосновал зависимость частоты колебаний, воспринимаемых наблюдателем, от скорости и направления движения источника волн и наблюдателя относительно друг друга. Это явление впоследствии было названо его именем (эффект Доплера).

Эффектом Доплера называют изменение частоты колебаний, воспринимаемых приемником при движении приемника и источника относительно друг друга.

Для рассмотрения эффекта Доплера будем считать, что:

• источник и приемник движутся относительно друг друга вдоль прямой, соединяющей их;

• V_ист – скорость источника, V_пр – скорость приемника. Если источник и приемник приближаются, то V>0, если удаляются – V<0

• υ₀– частота колебаний источника, V – скорость распространения волн.

Рассмотрим примеры относительного движения источника и приемника (рис. 10.12; 10.13; 10.14).

• Источник и приемник покоятся, тогда

V_ист= 0, V_пр= 0, ,

следовательно, распространяясь в среде, волна достигнет источника с частотой – частота звука не изменяется.

• Приемник приближается к источнику, а источник покоится, тогда

V_ист= 0, V_пр> 0,

а частота, которую получит приемник, будет равна:

,

т.е. при приближении приемника он будет воспринимать волну в раз большей частоты.

• Источник приближается к приемнику, а приемник покоится

V_ист> 0, V_пр= 0.

Скорость распространения волны зависит лишь от свойств среды, поэтому за время t, равное периоду колебаний источника, излученная им волна пройдет в направлении к приемнику расстояние , равное длине независимо от того движется или покоится источник.

За это же время источник пройдет в направлении волны расстояние V_истT, т.е. длина волны в направлении движения сократится и станет равной

.

Тогда частота, воспринимаемая приемником, будет равна:

.

• Источник и приемник движутся навстречу друг другу, тогда частота, воспринимаемая приемником, определяется по формуле:

,

причем верхний знак соответствует приближению, нижний – удалению источника и приемника волн.

Радиолокация – это определение местоположения объекта, обычно самолета или ракеты, путем облучения его высокочастотными радиоволнами и последующей регистрации отраженного сигнала. Если объект движется с большой скоростью в направлении радиолокатора или от него, то сигнал будет принят со значительным доплеровским сдвигом частоты, и по этому сдвигу можно вычислить скорость объекта. Точно так же доплеровский сдвиг частоты ультразвукового сигнала используется для определения скорости движения подводных лодок.

МЕХАНИКА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

План

1. История возникновения механики жидкостей и газов.

2. Основы гидростатики.

3. Основы гидродинамики.

4. Примеры применения и решения задач.

Механика жидкости и газа изучает законы движения или условия равновесия на основе законов Ньютона.

Раздел физики, занимающийся изучением условий равновесия жидкостей, а также тел, находящихся почти или полностью в жидкости, называется гидростатика.

Раздел физики, изучающий закономерности движения жидкостей, а также тел, движущихся в жидкости, называется гидродинамика.