Επίδραση της κίνησης του μέσου στη φαινομενική συχνότητα

Τι είναι το φαινόμενο Doppler;

Όταν ένα αντικείμενο κινείται σε σχέση με τον παρατηρητή, τότε παρατηρείται ένα φαινόμενο, το οποίο είναι γνωστό ως φαινόμενο Doppler. Χαρακτηριστικό παράδειγμα του φαινομένου Doppler είναι όταν ένα ασθενοφόρο έρχεται πιο κοντά σας από πίσω και η σειρήνα είναι αναμμένη. Θα παρατηρήσετε αύξηση του ήχου όταν το βαν πλησιάσει πιο κοντά σας. Ωστόσο, μόλις το βαν απομακρυνθεί από εσάς, ο ήχος μειώνεται. Σε αυτή την περίπτωση, μπορείτε να κρίνετε την απόσταση του βαν ασθενοφόρου μόνο ακούγοντας τον ήχο της σειρήνας.

Οι διάφοροι παράγοντες που συμβάλλουν στο φαινόμενο Doppler είναι:

• Η κίνηση του παρατηρητή
• Η κίνηση της πηγής
• Η κίνηση του μέσου

Τύπος του φαινομένου Doppler

Το φαινόμενο Doppler εκφράζεται γενικά ως εξής:

Πού,

c είναι η ταχύτητα διάδοσης των κυμάτων στο μέσο

vr είναι η ταχύτητα του δέκτη σε σχέση με το μέσο. +c εάν ο δέκτης κινείται προς την κατεύθυνση της πηγής και -c εάν ο δέκτης κινείται αντίθετα από την πηγή.

vc είναι η ταχύτητα της πηγής σε σχέση με το μέσο +c εάν ο δέκτης κινείται προς την κατεύθυνση της πηγής και -c εάν ο δέκτης κινείται αντίθετα από την πηγή.

Αυτή η εξίσωση ποικίλλει ανάλογα με την ταχύτητα του παρατηρητή και την ταχύτητα του ήχου.

Αλλαγή της φαινομενικής συχνότητας λόγω κινούμενων αντικειμένων

Εάν το μέσο κινείται, τότε θα υπάρχουν δύο περιπτώσεις. Θα συζητήσουμε αυτές τις δύο περιπτώσεις στην ακόλουθη ενότητα:

1. Το μέσο μετακινείται από την πηγή στον παρατηρητή:Επιτρέψτε μου να εξηγήσω αυτήν την έννοια με τη βοήθεια ενός παραδείγματος. Ένας άνεμος πνέει από την πηγή προς τον παρατηρητή με ταχύτητα Vw. Η κατεύθυνση της ταχύτητας του ανέμου είναι ίδια με την κατεύθυνση της ταχύτητας του ήχου. Σε αυτή την περίπτωση, η ταχύτητα του ήχου V θα γίνει V + Vw. Αυτό το νέο V θα αντικατασταθεί στον τύπο του φαινομένου Doppler. Ο τύπος που αναφέρεται παραπάνω του φαινομένου Doppler προέρχεται λαμβάνοντας υπόψη ότι το μέσο είναι σε ηρεμία.

1. Το μέσο κινείται από παρατηρητή σε πηγή:Σε αυτήν την κατάσταση, ο άνεμος φυσά από τον παρατηρητή προς την πηγή με ταχύτητα Vw. Η κατεύθυνση της ταχύτητας του ανέμου θα είναι αντίθετη από την κατεύθυνση της ταχύτητας του μέσου. Τότε η ταχύτητα του ήχου V θα είναι V – Vw. Πρέπει να αντικαταστήσετε αυτή τη νέα ταχύτητα στον τύπο για να ανακτήσετε την απάντηση.

Περιορισμοί του φαινομένου Doppler

Το φαινόμενο Doppler δεν είναι χωρίς μειονεκτήματα. Τα μειονεκτήματα του φαινομένου Doppler είναι ότι μπαίνει στο παιχνίδι ή μπορεί να παρατηρηθεί μόνο:

• Όταν η ταχύτητα του ήχου είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα της ηχητικής πηγής και την ταχύτητα του παρατηρητή.

• Όταν η κίνηση του παρατηρητή καθώς και της πηγής είναι προς την κατεύθυνση της ίδιας ευθείας.

Εφαρμογές του φαινομένου Doppler

Το φαινόμενο Doppler βρίσκει τις εφαρμογές του σε τεράστια πεδία όπως:

• Αστρονομία:Το φαινόμενο Doppler βοηθά στη μέτρηση της ταχύτητας της κίνησης των άστρων προς τη γη.
• Ραντάρ:Τα ραντάρ λειτουργούν με βάση την αρχή του φαινομένου Doppler. Είναι μια αποτελεσματική τεχνική για να βρείτε την ταχύτητα των ανιχνευόμενων αντικειμένων με αυτό το εφέ.
• Σειρήνες:Οι σειρήνες πολλών οχημάτων αντικατοπτρίζουν αυτό το φαινόμενο. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την αίσθηση της ακοής σας για να εντοπίσετε εάν το όχημα σας πλησιάζει ή απομακρύνεται από εσάς. Η αρχή που κρύβεται πίσω από αυτό το φαινόμενο είναι το φαινόμενο Doppler.
• Ήχος:Για να ανιχνεύσετε τους κυμαινόμενους ήχους των συχνοτήτων, το φαινόμενο Doppler είναι πολύ χρήσιμο.

Συμπέρασμα 

Αυτό το άρθρο καλύπτει σχεδόν τα πάντα σχετικά με αυτό το σημαντικό θέμα της επίδρασης της κίνησης του μέσου στη φαινομενική συχνότητα. Η κύρια αρχή που λειτουργεί πίσω από αυτά τα φαινόμενα είναι το φαινόμενο Doppler.

Θα μάθετε για το φαινόμενο Doppler, ακολουθούμενο από περιπτώσεις του φαινομένου Doppler. Ο τύπος του φαινομένου Doppler ποικίλλει ανάλογα με διαφορετικά σενάρια, π.χ. αν η πηγή πλησιάζει τον παρατηρητή ή ο παρατηρητής πλησιάζει την πηγή και με ποια ταχύτητα και ταχύτητα. Στο τέλος, θα μάθετε επίσης για τους περιορισμούς και τις εφαρμογές του φαινομένου Doppler.