Эффект Доплера.
Эффектом Доплера называется изменение частоты волн, воспринимаемых наблюдателем (приемником волн), вследствие относительного движения источника волн и наблюдателя.
При относительном движении источника волн и наблюдателя возможны следующие типичные ситуации:
Источник волн неподвижен относительно среды. Он
испускает
волны частотой ,
скорость которых .
Наблюдатель приближается к источнику
со скоростью
.
При этом он встречает за один и тот же
интервал времени больше волн, чем при
отсутствии движения. Это значит, что
воспринимаемая наблюдателем частота
1
будет больше
частота испускаемых источником волн:
Т.к.
,
то
.
Наблюдатель неподвижен, а источник движется со скоростью
.
Т.к. источник движется вслед за волной,
то меняться будет длина волны: она будет
меньше, чем при неподвижном источнике.
За
время одного периода волна пройдет
расстояние, равное длине волны,
,
а источник в это же время переместиться
на расстояние, равное
.
Расстояние между началом волны и
источником будет равно длине волны
Так как
,
то
1
=
а частота, воспринимаемая наблюдателем, определится как
.
И наблюдатель, и источник волн движутся навстречу друг другу. Тогда от источника будут исходить волны частотой
а движущийся приемник будет воспринимать
частоту
Если источник и приемник удаляются друг от друга, то
Эффект Доплера наблюдается и в том случае, если волна движется в движущейся среде при неподвижных источнике и приемнике волн. В зависимости от того, куда движется среда, в сторону приемника или в сторону наблюдателя, частота будет рассчитываться или как 1 , или как 2. Эта ситуация применяется для определения скорости кровотока. (см. уч. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика, стр. 149).
Литература: 1) Ремизов А.Н. “Медицинская и биологическая физика”, стр.130-150, 2) Ливенцев Н.М. “Курс физики”, т.1, стр.67-88.
Лекция 3.
Акустика. Природа звука.
В широком смысле акустика – раздел физики об упругих колебаниях и волнах во всем диапазоне частот и об особенностях их распространения в разных средах.
Мы под акустикой будем понимать только учение о звуке.
Звук или звуковые колебания – колебания частиц в упругих средах, распространяющиеся в форме продольных волн, частота которых лежит в диапазоне частот, воспринимаемых ухом человека, от 16 до 20 000 Гц.
Все звуки делят на тоны, шумы и звуковые удары.
Тоном называется звук, представляющий собой распространяющееся регулярное колебание с постоянными или закономерно изменяющимися во времени амплитудой и частотой. Тоны делятся на простые (чистые) и сложные. Простой тон – распространяющееся гармоническое колебание. Уравнение звуковой волны, описывающей простой тон, есть
.
Простых тонов в природе нет. Они могут быть получены с помощью камертона или звукового генератора.
Сложный тон соответствует ангармоническому колебанию и состоит из нескольких простых тонов. К сложным тонам отно-сятся звуки музыкальных инструментов, гласные звуки речи че-ловека и др.
Шум – звук, в котором сочетается множество различных тонов, частота, форма, интенсивность и продолжительность которых беспорядочно меняются. К шумам относятся звуки машин, аплодисменты, скрип, шорох, согласные звуки речи человека и др.
Звуковой удар – это кратковременное звуковое воздействие: хлопок, взрыв и др. Звуковой удар не следует путать с ударной волной.