3. Эффект Доплера.

Эффектом Доплера называют изменение частоты волн, воспринимаемых наблюдателем (приёмником волны) вследствие относительного движения источника волн и наблюдателя.

При теоретическом рассмотрении явления следует отметить, что все скорости (скорость распространения колебаний, скорость наблюдателя и источника) отсчитываются относительно воздуха. Рассмотрим простейшие случаи, когда источник волн и наблюдатель движутся относительно среды вдоль одной прямой. Скорость распространения волн в среде будем считать равной , скорость источника - ; скорость наблюдателя - .

П усть наблюдатель неподвижен, а источник волн движется с постоянной скоростью по направлению к наблюдателю. Примем, что частота колебаний источника равна , а < . Будем считать, что источник находится в начале координат (X=0). Колебания возникают в точке X=0 в момент времени t=0. За одну секунду источник излучит в пространство  волн. Волны, испускаемые источником за 1 секунду, пройдут расстояние и фронт волны окажется в точке А. Когда источник испускает последнюю из  волн, он пройдёт путь и окажется в точке В. Следовательно  волн укладываются на расстоянии - , поэтому длина волны, воспринимаемая наблюдателем будет равна: , а частота . Поделив числитель и знаменатель на , получим: , т.е. наблюдатель будет воспринимать звук с частотой большей, чем частота неподвижного источника. Если же источник движется от наблюдателя, то будет с минусом и будет меньше, т.е. .

Второй случай – наблюдатель приближается со скоростью к неподвижному источнику. При этом он встречает на своём пути за один и тот же интервал времени больше волн, чем при отсутствии движения. Это означает, что воспринимаемая им частота больше, чем частота источника, т.е. . Учитывая, что , получим , т.е. наблюдатель воспринимает большую частоту колебаний, чем частота источника. Если же наблюдатель удаляется от источника , то частота, воспринимаемая им, будет меньшей, т.е. .

Эффект Доплера наблюдается в волновых движениях любого типа – в волнах на воде, звуковых, радио-, световых волнах.

Например, доплеровский локатор специально используется дорожной милицией для определения автомобилей, водители которых превышают допустимую скорость движения.

И спользование эффекта Доплера для определения скорости движущихся тел нашло применение в медицине. Рассмотрим следующую систему: генератор Уз волн совмещён с приёмником, частота генератора . В среде со скоростью движется объект. Скорость распространения ультразвука - . Ультразвуковая волна, отражённая от движущегося объекта будет иметь частоту . Приёмник, вследствие эффекта Доплера, воспринимает уже другую частоту - . Разница частот будет равна и называется доплеровским сдвигом. В медицинских приложениях скорость Уз больше скорости движущегося объекта . Для этого случая . Эффект Доплера используется для определения скорости кровотока, скорости движения клапанов и стенок сердца (доплеровская эхокардиография) и других органов.