Διαφορετικές περιπτώσεις φαινομένου Doppler

Το φαινόμενο Doppler περιγράφεται από την αλλαγή που συμβαίνει στη συχνότητα ενός κύματος που αντιστοιχεί σε έναν παρατηρητή που κινείται σε σχέση με την πηγή κύματος. Ένα άλλο όνομα του φαινομένου Doppler είναι η μετατόπιση Doppler. Ένας Αυστραλός φυσικός Christian Doppler δήλωσε την αρχή Doppler το έτος 1842, μετά την εφεύρεσή του, αποφασίστηκε το όνομα αυτού του φαινομένου.

Υπάρχουν πολλά κοινά παραδείγματα του φαινομένου doppler που βλέπουμε στην καθημερινή μας ζωή, όπως το φαινόμενο doppler μπορεί να φανεί στον ήχο της αλλαγής του τόνου όταν ο ήχος της κόρνας του λεωφορείου πλησιάζει και αποσύρεται από τον παρατηρητή. Αν το συγκρίνουμε με τη συχνότητα που εκπέμπεται, η δηλωμένη συχνότητα είναι πάντα μεγαλύτερη κατά την προσέγγιση, ακριβώς η ίδια με τη στιγμή της διέλευσης και μικρότερη κατά τη διάρκεια της ύφεσης.

Χρήσεις εφέ Doppler

Υπάρχουν τόσες πολλές χρήσεις του φαινομένου doppler, καθώς πολλοί άνθρωποι πιστεύουν ότι το φαινόμενο doppler είναι μόνο για τα κύματα του ήχου. Το γεγονός είναι ότι το φαινόμενο doppler λειτουργεί με όλους τους τύπους κυμάτων όπως το φως. Μερικές από τις εφαρμογές των φαινομένων Doppler δίνονται παρακάτω:

• Χρησιμοποιείται στην επικοινωνία δορυφόρων.
• Είναι χρήσιμο σε σειρήνες, ραντάρ και αστρονομία.
• Πολλά ιατρικά κέντρα χρησιμοποιούν το φαινόμενο doppler στις εικόνες των αναφορών.
• Είναι πολύ χρήσιμο στη μέτρηση της ροής του αίματος και στη μέτρηση των κραδασμών.
• Το φαινόμενο Doppler χρησιμοποιείται στην ταχύτητα μέτρησης του προφίλ και επίσης στην αναπτυξιακή βιολογία.
• Ήχος

Περιορισμοί του φαινομένου doppler

• Το φαινόμενο doppler είναι σχετικό μόνο όταν η ταχύτητα αυτής της πηγής ήχου και του παρατηρητή είναι μικρότερη από την ταχύτητα του ήχου.
• Θα πρέπει να υπάρχει η ίδια κίνηση της πηγής και του παρατηρητή και πρέπει να είναι στην ευθεία γραμμή.

Διαφορετικές περιπτώσεις του φαινομένου doppler

Υπάρχουν διάφορες αιτίες του φαινομένου ντόπλερ για να δοθεί η σωστή κατανόηση των φαινομένων, λίγες από αυτές είναι οι ακόλουθες:

• Η πρώτη περίπτωση είναι όταν και ο θεατής και η πηγή βρίσκονται στο υπόλοιπο

Ας θεωρήσουμε το S και το O είναι οι δύο θέσεις της πηγής και του θεατή. Ας θεωρήσουμε το n ως τη συχνότητα του ήχου v ως την ταχύτητα του ήχου. Σε ένα δευτερόλεπτο, n κύματα που σχηματίζονται από την πηγή διανύουν μια απόσταση SO =v

Το μήκος κύματος είναι λ =v/n

• Η δεύτερη περίπτωση είναι όταν η πηγή απομακρύνεται από το σταθερό πρόγραμμα προβολής

Ας υποθέσουμε ότι εάν η πηγή κινείται προς την κατεύθυνση του θεατή που είναι σταθερός με ταχύτητα έναντι, η συχνότητα προς τα έξω θα γίνει ως εξής:

n’ =(v/[v-(-vs)])n

Ή, n' =(v/[v+vs])n   

Καθώς n′

• Η τρίτη περίπτωση είναι όταν η πηγή βρίσκεται σε ηρεμία και ο θεατής απομακρύνεται

Αφήστε τα S και O να δείχνουν την ακριβή θέση της πηγής και του θεατή.

Η πηγή S παράγει n κύματα τα οποία υπολογίζονται ανά δευτερόλεπτο αποτελούνται από μήκος κύματος λ =v/ n.

Ας υποθέσουμε ότι το σημείο Α έχει n κύματα που διασχίζουν το αυτί του θεατή σε μόλις ένα δευτερόλεπτο, δηλαδή όταν το πρώτο ήταν στο σημείο Α, το nο κύμα θα φτάσει στο Ο, όπου βρίσκεται ο θεατής.

Ως εκ τούτου, η εξωτερική συχνότητα του ήχου είναι

n′ =((v-v0)/v) n

• Η τέταρτη περίπτωση είναι όταν ο παρατηρητής πηγαίνει προς την ίδια κατεύθυνση της ακίνητης πηγής

Ας θεωρήσουμε ότι ο θεατής πηγαίνει προς τη σταθερή πηγή με ταχύτητα vo. Μετά από ένα δευτερόλεπτο ο παρατηρητής θα φτάσει στο σημείο O′ έτσι ώστε OO′ =vo. Το όχι. των κυμάτων που διασχίζουν το θεατή θα είναι n κύματα στην απόσταση ΟΑ επιπλέον του αρ. των κυμάτων στην απόσταση OO′ που ισούται με vo/λ.

Ως εκ τούτου, η εξωτερική συχνότητα του ήχου είναι

n′ =n + vo/ λ =n +(v0/v) n

επομένως, n′ =((v+v0)/v) n

Ως n′> n, το ύψος του ήχου φαίνεται να αυξάνεται.

Όταν ο παρατηρητής απομακρύνεται από τη σταθερή πηγή

n′ =[v +(-v0)/v] n

n′ =(v-vo / v )n

Καθώς n′

Σημείωση:Εάν η πηγή και ο θεατής πηγαίνουν στην ίδια διαδρομή, τότε η εξίσωση θα αλλάξει σε αυτό και η εξωτερική συχνότητα είναι n′ =(v-v0 / v-vs )n

Ας φανταστούμε ότι ο άνεμος κινείται με ταχύτητα W στο μονοπάτι της κυκλοφορίας του ήχου, το

Η εξωτερική συχνότητα είναι n′ =([v+W-v0]/ [v+W-vs]) n.

Συμπέρασμα

Ένας Αυστραλός γιατρός εφηύρε το φαινόμενο Doppler το έτος 1845. Το φαινόμενο doppler παρατηρείται στην καθημερινή μας ζωή, όπως στη διαχείριση της ροής του αίματος, στη μέτρηση κραδασμών, στον ήχο, στην αναπτυξιακή βιολογία, στις ιατρικές εκθέσεις κ.λπ. Υπάρχουν μερικοί περιορισμοί του φαινομένου ντόπλερ όπως και του φαινομένου ντόπλερ είναι σχετικό μόνο όταν η ταχύτητα αυτής της πηγής ήχου και του παρατηρητή είναι μικρότερη από την ταχύτητα του ήχου. Υπάρχουν διαφορετικές περιπτώσεις στο φαινόμενο doppler που δείχνει τη διαφορά οπτικής γωνίας του θεατή.