مراقبت از بدن

اثر داپلر برای امواج الاستیک و الکترومغناطیسی. اثر داپلر برای امواج صوتی

شاید متوجه شده باشید که صدای آژیر ماشین آتش نشانی که با سرعت زیاد در حال حرکت است، پس از عبور وسیله نقلیه از روی شما به شدت پایین می آید. همچنین ممکن است متوجه تغییر در گام سیگنال خودرویی شده باشید که با سرعت زیاد از کنار شما می گذرد.
گام موتور ماشین مسابقه نیز با عبور از ناظر تغییر می کند. اگر منبع صوتی به ناظر نزدیک شود، زیر و بمی صدا در مقایسه با زمانی که منبع صوت در حالت استراحت بود افزایش می یابد. اگر منبع صدا از ناظر دور شود، زیر و بمی صدا کاهش می یابد. این پدیده اثر داپلر نامیده می شود و برای همه انواع امواج رخ می دهد. حال بیایید دلایل وقوع آن را در نظر بگیریم و تغییر فرکانس امواج صوتی در اثر این اثر را محاسبه کنیم.

برنج. 1
بیایید برای اهداف مشخص، ماشین آتش نشانی را در نظر بگیریم که آژیر آن، هنگامی که وسیله نقلیه ساکن است، صدایی با فرکانس مشخصی را در همه جهات منتشر می کند، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 1. حالا اجازه دهید ماشین آتش نشانی شروع به حرکت کند و آژیر به انتشار امواج صوتی با همان فرکانس ادامه دهد. با این حال، همانطور که در شکل نشان داده شده است، هنگام رانندگی، امواج صوتی منتشر شده توسط آژیر رو به جلو نسبت به زمانی که خودرو حرکت نمی کرد به هم نزدیکتر خواهد بود. 2.

برنج. 2
این به این دلیل اتفاق می‌افتد که در حین حرکت، ماشین آتش نشانی با امواجی که قبلاً ساطع شده بود، برخورد می‌کند. بنابراین، ناظری در نزدیکی جاده متوجه تعداد بیشتری از تاج‌های موجی می‌شود که در واحد زمان از کنار او عبور می‌کنند و بنابراین، فرکانس صدا برای او بیشتر خواهد بود. از سوی دیگر، امواجی که در پشت خودرو منتشر می‌شوند از یکدیگر دورتر خواهند بود، زیرا به نظر می‌رسد خودرو از آنها جدا می‌شود. در نتیجه، در واحد زمان، تاج‌های موج کمتری از ناظر پشت ماشین عبور می‌کند و زیر و بمی صدا کمتر می‌شود.
برای محاسبه تغییر فرکانس از شکل 1 استفاده می کنیم. 3 و 4. فرض می کنیم که در چارچوب مرجع ما، هوا (یا سایر رسانه ها) در حالت استراحت است. در شکل 3 منبع صدا (مثلاً آژیر) در حالت استراحت است.

دو تاج موج متوالی نشان داده شده است که یکی از آنها فقط توسط منبع صدا منتشر می شود. فاصله بین این تاج ها برابر با طول موج است λ . اگر فرکانس ارتعاش منبع صوت باشد f، سپس زمان سپری شده بین انتشار تاج های موج برابر است با T = 1/f.
در شکل 4 منبع صدا با سرعت حرکت می کند v منبع. در حین تی(به تازگی مشخص شده است) اولین تاج موج مسافت را طی خواهد کرد d = vT، جایی که v− سرعت موج صوتی در هوا (که البته بدون توجه به حرکت یا عدم حرکت منبع یکسان خواهد بود). در همان زمان، منبع صدا به فاصله ای حرکت می کند منبع d = V منبع T. سپس فاصله بین تاج های موج متوالی برابر با طول موج جدید است λ / ، در فرم نوشته خواهد شد
λ / = d - d منبع = (v - v منبع) T = (v - v منبع)/f،
زیرا T= 1/f.
فرکانس f/امواج داده شده توسط
f / = v/λ / = vf / (v - v منبع)،
یا

منبع صدا در حالت استراحت به ناظر نزدیک می شود.
از آنجایی که مخرج کسر کوچکتر از یک است، داریم f/>f. مثلاً اگر منبعی با فرکانس صدا تولید کند 400 هرتز، هنگامی که در حال استراحت است، سپس هنگامی که منبع شروع به حرکت به سمت ناظری می کند که با سرعت ثابت ایستاده است 30 متر بر ثانیه، دومی صدایی را در یک فرکانس (در یک دما) می شنود 0 درجه سانتی گراد) 440 هرتز.
طول موج جدید برای منبعی که با سرعت از ناظر دور می شود v منبع، برابر خواهد بود
λ / = d + d منبع
در این مورد فرکانس f/با بیان داده می شود

منبع صدا در حالت استراحت از ناظر دور می شود.
اثر داپلر همچنین زمانی رخ می دهد که منبع صدا در حالت سکون باشد (نسبت به محیطی که امواج صوتی در آن منتشر می شود) و ناظر در حال حرکت است. اگر ناظری به یک منبع صوتی نزدیک شود، صدایی با ارتفاع بالاتر از صدایی که از منبع منتشر می شود می شنود. اگر ناظر از منبع دور شود، صدا برای او کمتر به نظر می رسد. از نظر کمی، تغییر فرکانس در اینجا با حالتی که منبع در حال حرکت است و ناظر در حال استراحت است، تفاوت کمی دارد. در این حالت فاصله بین تاج های موج (طول موج λ ) تغییر نمی کند، اما سرعت حرکت برآمدگی ها نسبت به ناظر تغییر می کند. اگر ناظر به منبع صوت نزدیک شود، سرعت امواج نسبت به ناظر برابر خواهد بود v / = v + v obs، جایی که vسرعت انتشار صوت در هوا است (فرض می کنیم که هوا در حالت سکون است) و v obs.- سرعت ناظر. بنابراین فرکانس جدید برابر خواهد بود
f / = v / /λ = (v + v obs)/λ،
یا چون λ = v/f,

یک ناظر به یک منبع صوتی ثابت نزدیک می شود.
در صورتی که ناظر از منبع صوت دور شود، سرعت نسبی برابر خواهد بود v / = v − v obs، و داریم

ناظر از منبع صوتی ثابت دور می شود.

اگر یک موج صوتی از یک مانع متحرک منعکس شود، فرکانس موج منعکس شده به دلیل اثر داپلر با فرکانس موج فرودی متفاوت خواهد بود.

بیایید به این نگاه کنیم مثال زیر.

مثال. موج صوتی با فرکانس 5000 هرتزدر جهت جسمی که با سرعتی به منبع صوت نزدیک می شود، منتشر می شود 3.30 متر بر ثانیه. فرکانس موج منعکس شده چقدر است؟

راه حل.
در این حالت اثر داپلر دو بار اتفاق می افتد.
اولاً، جسمی که موج صوتی به آن هدایت می شود، مانند یک ناظر متحرک رفتار می کند و موج صوتی را در فرکانس «ثبت می کند».

ثانیاً، بدن به عنوان منبع ثانویه صدا (بازتابیده) عمل می کند که به گونه ای حرکت می کند که فرکانس موج صوتی منعکس شده باشد.

بنابراین، تغییر فرکانس داپلر برابر است با 100 هرتز.

اگر امواج صوتی فرود و منعکس شده بر روی یکدیگر قرار گیرند، برهم نهی رخ می دهد و این منجر به ضربات می شود. فرکانس ضربان برابر با اختلاف بین فرکانس های دو موج است و در مثال فوق برابر است با 100 هرتز. این تجلی اثر داپلر به طور گسترده در دستگاه های مختلف پزشکی استفاده می شود که معمولاً از امواج اولتراسونیک در محدوده فرکانس مگاهرتز استفاده می کنند. برای مثال می توان از امواج اولتراسوند منعکس شده از گلبول های قرمز برای تعیین سرعت جریان خون استفاده کرد. به طور مشابه، از این روش می توان برای تشخیص حرکت قفسه سینه جنین و همچنین نظارت از راه دور ضربان قلب استفاده کرد.
لازم به ذکر است که اثر داپلر نیز اساس روش تشخیص راداری برای وسایل نقلیه ای است که از سرعت تعیین شده فراتر می روند، اما در این مورد به جای امواج صوتی از امواج الکترومغناطیسی (رادیویی) استفاده می شود.
دقت روابط (1-2) و (3-4) کاهش می یابد اگر v منبعیا v obs.نزدیک شدن به سرعت صوت این به این دلیل است که جابجایی ذرات محیط دیگر متناسب با نیروی ترمیم کننده نخواهد بود، یعنی. انحرافات از قانون هوک به وجود خواهد آمد، به طوری که بیشتر استدلال نظری ما قدرت خود را از دست خواهد داد.

مشکلات زیر را حل کنید.
مشکل 1. یک فرمول کلی برای تغییر فرکانس صدا استخراج کنید f/به دلیل اثر داپلر در مواردی که هم منبع و هم ناظر در حال حرکت هستند.

مشکل 2. در شرایط عادی، سرعت جریان خون در آئورت تقریباً برابر است 0.28 متر بر ثانیه. امواج اولتراسونیک با فرکانس در امتداد جریان هدایت می شوند 4.20 مگاهرتز. این امواج از گلبول های قرمز منعکس می شوند. فرکانس ضربان مشاهده شده چقدر خواهد بود؟ در نظر بگیرید که سرعت این امواج برابر است 1.5 × 10 3 متر بر ثانیه، یعنی نزدیک به سرعت صوت در آب

مشکل 3. اثر داپلر برای امواج اولتراسونیک در فرکانس 1.8 مگاهرتزبرای نظارت بر ضربان قلب جنین استفاده می شود. فرکانس ضربان مشاهده شده (حداکثر) است 600 هرتز. با فرض اینکه سرعت انتشار صوت در بافت برابر باشد 1.5 × 10 3 متر بر ثانیه، حداکثر سرعت سطح ضربان قلب را محاسبه کنید.

مشکل 4. صدای بوق کارخانه فرکانس دارد 650 هرتز. اگر باد شمال با سرعت می وزد 12.0 متر بر ثانیه، پس صدای کدام فرکانس توسط ناظری در حالت استراحت که الف) در شمال، ب) در جنوب، ج) در شرق و د) در غرب سوت قرار دارد شنیده می شود؟ دوچرخه سوار هنگام نزدیک شدن با سرعت چه فرکانسی را می شنود؟ 15 متر بر ثانیهبه سوت ه) از شمال یا و) از غرب؟ دمای هوا است 20 درجه سانتی گراد.

مشکل 5. سوت در فرکانس نوسان می کند 500 هرتز، در یک دایره با شعاع حرکت می کند 1 متر، در حال انجام 3 چرخش در ثانیه بالاترین و پایین ترین فرکانس های درک شده توسط ناظر ثابت در فاصله را تعیین کنید 5 متراز مرکز دایره سرعت صوت در هوا برابر است با 340 متر بر ثانیه.

اجازه دهید در یک گاز یا مایع در فاصله معینی از منبع موج دستگاهی وجود داشته باشد که ارتعاشات محیط را درک کند که ما آن را گیرنده می نامیم. اگر منبع و گیرنده امواج نسبت به محیطی که موج در آن منتشر می شود ثابت باشند، فرکانس نوسانات درک شده توسط گیرنده برابر با فرکانس نوسانات منبع خواهد بود. اگر منبع یا گیرنده یا هر دوی آنها نسبت به رسانه حرکت کنند، فرکانس v درک شده توسط گیرنده ممکن است متفاوت از این پدیده اثر داپلر باشد.

فرض کنید منبع و گیرنده در امتداد خط مستقیمی که آنها را به هم متصل می کند حرکت می کنند. اگر منبع به سمت گیرنده حرکت کند سرعت منبع مثبت و اگر منبع در جهتی دور از گیرنده حرکت کند منفی در نظر گرفته می شود. به همین ترتیب، اگر گیرنده به سمت منبع حرکت کند، سرعت گیرنده مثبت و اگر گیرنده در جهتی دور از منبع حرکت کند، منفی در نظر گرفته می شود.

اگر منبع بی حرکت باشد و با فرکانس در نوسان باشد، در آن صورت تا زمانی که منبع نوسان را کامل کند، «تج» موج ایجاد شده توسط نوسان اول زمان خواهد داشت که یک مسیر v را در محیط طی کند (v سرعت انتشار موج نسبت به محیط). در نتیجه، امواج تولید شده توسط منبع در یک ثانیه از "قلب" و "تغار" در طول v قرار می گیرند. اگر منبع نسبت به محیط با سرعتی حرکت کند، در لحظه ای که منبع نوسان را کامل می کند، "برآمدگی" ایجاد شده توسط اولین نوسان در فاصله ای از منبع قرار می گیرد (شکل 103.1). در نتیجه، تاج‌ها و فرورفتگی‌های موج در طول موج قرار می‌گیرند، به طوری که طول موج برابر با

در یک ثانیه، «برآمدگی‌ها» و «دره‌ها» از کنار گیرنده ثابت عبور می‌کنند که در طول v. اگر گیرنده با سرعت حرکت کند، در پایان یک بازه زمانی به مدت 1 ثانیه، "افسردگی" را درک می کند، که در ابتدای این فاصله در فاصله عددی برابر با .

بنابراین، گیرنده در یک ثانیه نوسانات مربوط به «برآمدگی‌ها» و «دره‌ها» را درک می‌کند که در طولی برابر با (شکل 103.2) قرار می‌گیرند، و با فرکانس نوسان می‌کنند.

با جایگزینی عبارت (103.1) برای K در این فرمول، به دست می آوریم

(103.2)

از فرمول (103.2) نتیجه می شود که وقتی منبع و گیرنده به گونه ای حرکت می کنند که فاصله بین آنها کاهش می یابد، فرکانس v درک شده توسط گیرنده بزرگتر از فرکانس منبع می شود.

اگر فاصله منبع و گیرنده افزایش یابد، v کمتر از

اگر جهت سرعت ها با خط مستقیمی که از منبع و گیرنده می گذرد منطبق نباشد، به جای فرمول (2/103) لازم است برجستگی ها را بر روی جهت خط مستقیم مشخص شده برداریم.

از فرمول (103.2) نتیجه می شود که اثر داپلر برای امواج صوتی با سرعت حرکت منبع و گیرنده نسبت به محیطی که صدا در آن منتشر می شود تعیین می شود. اثر داپلر برای امواج نور نیز مشاهده می شود، اما فرمول تغییر فرکانس شکل متفاوتی با (103.2) دارد. این به دلیل این واقعیت است که برای امواج نور هیچ محیط مادی وجود ندارد که ارتعاشات آن "نور" باشد. بنابراین، سرعت منبع و گیرنده نور نسبت به "متوسط" معنی ندارد. در مورد نور فقط می توان در مورد سرعت نسبی گیرنده و منبع صحبت کرد. اثر داپلر برای امواج نور به بزرگی و جهت این سرعت بستگی دارد. اثر داپلر برای امواج نور در § 151 مورد بحث قرار گرفته است.

- مهمترین پدیده در فیزیک امواج. قبل از رفتن مستقیم به اصل موضوع، یک نظریه مقدماتی کوچک.

تردید- به یک درجه یا دیگری، یک فرآیند تکراری تغییر وضعیت یک سیستم در اطراف یک موقعیت تعادل. موج- این یک نوسان است که می تواند از محل مبدا خود دور شود و در محیط پخش شود. امواج مشخص می شوند دامنه, طولو فرکانس. صدایی که می شنویم یک موج است، یعنی. ارتعاشات مکانیکی ذرات هوا که از منبع صوتی منتشر می شوند.

با داشتن اطلاعاتی در مورد امواج، اجازه دهید به سراغ اثر داپلر برویم. و اگر می خواهید در مورد ارتعاشات، امواج و رزونانس بیشتر بدانید، به وبلاگ ما خوش آمدید.

ماهیت اثر داپلر

محبوب ترین و ساده ترین مثالی که ماهیت اثر داپلر را توضیح می دهد، یک ناظر ثابت و یک ماشین با آژیر است. فرض کنید در یک ایستگاه اتوبوس ایستاده اید. یک آمبولانس با آژیر در خیابان به سمت شما حرکت می کند. فرکانس صدایی که با نزدیک شدن ماشین می شنوید یکسان نیست.

با توقف خودرو ابتدا صدا فرکانس بالاتری خواهد داشت. فرکانس واقعی صدای آژیر را می شنوید و با دور شدن از فرکانس صدا کاهش می یابد. همین است اثر داپلر.

فرکانس و طول موج تابش درک شده توسط ناظر به دلیل حرکت منبع تابش تغییر می کند.

اگر از Cap بپرسند چه کسی اثر داپلر را کشف کرده است، او بدون تردید پاسخ می دهد که داپلر این کار را انجام داده است. و حق با او خواهد بود. این پدیده، به لحاظ نظری در اثبات شده است 1842 سال توسط فیزیکدان اتریشی کریستین داپلر، پس از آن به نام او نامگذاری شد. خود داپلر نظریه خود را با مشاهده امواج روی آب به دست آورد و پیشنهاد کرد که مشاهدات را می توان به همه امواج تعمیم داد. بعداً امکان تأیید تجربی اثر داپلر برای صدا و نور وجود داشت.

در بالا به مثالی از اثر داپلر برای امواج صوتی نگاه کردیم. با این حال، اثر داپلر تنها برای صدا صادق نیست. وجود دارد:

اثر داپلر آکوستیک؛
اثر داپلر نوری؛
اثر داپلر برای امواج الکترومغناطیسی.
اثر داپلر نسبیتی

این آزمایشات با امواج صوتی بود که به ارائه اولین تایید تجربی این اثر کمک کرد.

تایید تجربی اثر داپلر

تایید درستی استدلال کریستین داپلر با یکی از آزمایش های فیزیکی جالب و غیرعادی همراه است. که در 1845 هواشناس از هلند رای مسیحییک لوکوموتیو قدرتمند و یک ارکستر متشکل از نوازندگان با صدای عالی در اختیار گرفت. برخی از نوازندگان - اینها ترومپتز بودند - در محوطه باز قطار سوار می شدند و مدام همان نت را می نواختند. فرض کنید A از اکتاو دوم بود.

سایر نوازندگان در ایستگاه بودند و به آنچه همکارانشان می نواختند گوش می دادند. شنیدن مطلق همه شرکت کنندگان در آزمایش، احتمال خطا را به حداقل رساند. آزمایش دو روز طول کشید، همه خسته بودند، زغال سنگ زیادی سوزانده شد، اما نتایج ارزشش را داشت. معلوم شد که زیر و بمی صدا واقعاً به سرعت نسبی منبع یا ناظر (شنونده) بستگی دارد.

کاربرد اثر داپلر

یکی از شناخته شده ترین کاربردها، تعیین سرعت اجسام متحرک با استفاده از سنسورهای سرعت است. سیگنال های رادیویی ارسال شده توسط رادار از خودروها منعکس شده و به عقب باز می گردند. در این حالت، افست فرکانسی که در آن سیگنال ها برمی گردند، مستقیماً با سرعت دستگاه مرتبط است. با مقایسه سرعت و تغییر فرکانس می توان سرعت را محاسبه کرد.

اثر داپلر به طور گسترده در پزشکی استفاده می شود. عملکرد دستگاه های تشخیص اولتراسوند بر اساس آن است. یک تکنیک جداگانه در سونوگرافی وجود دارد به نام داپلروگرافی.

اثر داپلر نیز در اپتیک, آکوستیک, الکترونیک رادیویی, ستاره شناسی, رادار.

راستی! برای خوانندگان ما اکنون 10٪ تخفیف در نظر گرفته شده است

کشف اثر داپلر نقش مهمی در توسعه فیزیک مدرن داشت. یکی از تاییدیه ها نظریه انفجار بزرگبر اساس این اثر است. اثر داپلر و انفجار بزرگ چگونه به هم مرتبط هستند؟ طبق نظریه بیگ بنگ، جهان در حال انبساط است.

هنگام مشاهده کهکشان های دور، یک تغییر قرمز مشاهده می شود - تغییر خطوط طیفی به سمت قرمز طیف. با توضیح تغییر رنگ قرمز با استفاده از اثر داپلر، می توانیم نتیجه ای مطابق با این نظریه بگیریم: کهکشان ها از یکدیگر دور می شوند، جهان در حال انبساط است.

فرمول اثر داپلر

هنگامی که نظریه اثر داپلر مورد انتقاد قرار گرفت، یکی از استدلال های مخالفان دانشمند این واقعیت بود که این نظریه تنها در هشت صفحه وجود داشت و اشتقاق فرمول اثر داپلر حاوی محاسبات ریاضی دست و پا گیر نبود. به نظر ما، این فقط یک مزیت است!

اجازه دهید تو - سرعت گیرنده نسبت به رسانه، v - سرعت منبع موج نسبت به متوسط، با - سرعت انتشار امواج در محیط w0 - فرکانس امواج منبع سپس فرمول اثر داپلر در کلی ترین حالت به صورت زیر خواهد بود:

اینجا w - فرکانسی که گیرنده ضبط می کند.

اثر داپلر نسبیتی

بر خلاف اثر داپلر کلاسیک، هنگامی که امواج الکترومغناطیسی در خلاء منتشر می شوند، برای محاسبه اثر داپلر باید از SRT استفاده کرد و اتساع زمانی نسبیتی را در نظر گرفت. بگذار نور - با , v - سرعت منبع نسبت به گیرنده، تتا - زاویه بین جهت به منبع و بردار سرعت مرتبط با سیستم مرجع گیرنده. سپس فرمول اثر داپلر نسبیتی به صورت زیر خواهد بود:

امروز ما در مورد مهمترین اثر دنیای ما - اثر داپلر صحبت کردیم. آیا می خواهید یاد بگیرید که چگونه مشکلات اثر داپلر را سریع و آسان حل کنید؟ از آنها بپرسید و آنها خوشحال خواهند شد که تجربه خود را به اشتراک بگذارند! و در پایان - کمی بیشتر در مورد نظریه انفجار بزرگ و اثر داپلر.

ثبت شده توسط گیرنده، ناشی از حرکت منبع آنها و/یا حرکت گیرنده. زمانی که خودرویی با آژیر روشن از کنار ناظر عبور می کند، مشاهده در عمل آسان است. فرض کنید آژیر صدای خاصی تولید می کند و تغییر نمی کند. وقتی ماشین نسبت به ناظر حرکت نمی کند، دقیقاً صدای آژیر را می شنود. اما اگر خودرو به ناظر نزدیک‌تر شود، فرکانس امواج صوتی افزایش می‌یابد (و طول آن کاهش می‌یابد) و ناظر صدایی بالاتر از صدای آژیر می‌شنود. در لحظه ای که ماشین از کنار ناظر عبور می کند، او همان لحنی را که آژیر در واقع می دهد می شنود. و هنگامی که ماشین بیشتر می راند و به جای نزدیکتر دور می شود، ناظر صدای کمتری را به دلیل فرکانس کمتر (و بر این اساس، طول بیشتر) امواج صوتی می شنود.

برای انتشار امواج در هر محیطی (مثلاً صدا) لازم است که حرکت هم منبع و هم گیرنده امواج نسبت به این رسانه در نظر گرفته شود. برای امواج الکترومغناطیسی (مانند نور) که برای انتشار به هیچ وسیله ای نیاز ندارند، تنها چیزی که اهمیت دارد حرکت نسبی منبع و گیرنده است.

همچنین موردی مهم است که یک ذره باردار در محیطی با سرعت نسبیتی حرکت کند. در این حالت تشعشعات چرنکوف که مستقیماً با اثر داپلر مرتبط است در سیستم آزمایشگاهی ثبت می شود.

جایی که f 0 فرکانس است که منبع امواج را ساطع می کند، ج- سرعت انتشار امواج در محیط v- سرعت منبع موج نسبت به محیط (مثبت اگر منبع به گیرنده نزدیک شود و اگر دور شود منفی).

فرکانس ثبت شده توسط گیرنده ثابت

تو- سرعت گیرنده نسبت به رسانه (مثبت اگر به سمت منبع حرکت کند).

با جایگزینی مقدار فرکانس از فرمول (1) به فرمول (2)، فرمول حالت کلی را بدست می آوریم.

جایی که با- سرعت نور، v- سرعت نسبی گیرنده و منبع (مثبت اگر از یکدیگر دور شوند).

نحوه مشاهده اثر داپلر

از آنجایی که این پدیده مشخصه هر فرآیند نوسانی است، مشاهده آن برای صدا بسیار آسان است. فرکانس ارتعاشات صدا توسط گوش به عنوان زیر و بم درک می شود. شما باید منتظر موقعیتی باشید که یک ماشین سریع از کنار شما عبور کند و صدایی مانند آژیر یا فقط یک بوق ایجاد کند. می شنوید که وقتی ماشین به شما نزدیک می شود، زیر و بمی صدا بیشتر می شود، سپس، وقتی ماشین به شما می رسد، به شدت پایین می آید و سپس، همانطور که دور می شود، ماشین با نت پایین تر بوق می زند.

کاربرد

رادار داپلر

پیوندها

استفاده از اثر داپلر برای اندازه گیری جریان های اقیانوسی

بنیاد ویکی مدیا 2010.

هدف کار:

مطالعه وابستگی تغییر فرکانس داپلر به فرکانس منبع صوت و سرعت حرکت سطح بازتابنده.

دستگاه ها و لوازم جانبی:

تولید کننده صدا (GZ-44).

مولد صدای مدرسه (GZSH-63).

اسیلوسکوپ S-11 (138049).

منبع فعلی IET-2.

تنظیم کننده ولتاژ (VNR).

امیتر فرکانس بالا (2GD-36، توان 1-2W)

اثر داپلر دوگانه

در سال 1842 K. Doppler (فیزیکدان و ستاره شناس اتریشی) دریافت که فرکانس صوت درک شده هم به سرعت حرکت منبع (نسبت به محیط) و هم به سرعت حرکت ناظر بستگی دارد: این فرکانس بالاتر از فرکانس است. منبع 0 اگر ناظر و منبع نزدیک و پایین تر باشند 0 اگر حذف شوند. این اثر داپلر است.

هنگامی که منبع و گیرنده صدا به طور همزمان حرکت می کنند، فرکانس ضبط شده توسط گیرنده ، با فرمول تعیین می شود:

(1)

جایی که - سرعت صدا در محیط

- سرعت حرکت گیرنده و منبع،

,
- زوایایی که توسط بردارهای سرعت منبع و گیرنده با بردار اتصال گیرنده و منبع ایجاد می شود.

اگر منبع و ناظر در امتداد خط مستقیمی که آنها را به هم وصل می کند حرکت کنند، cos
و فرمول 1 به شکل زیر است:

(2)

علائم بالایی در فرمول های (1) و (2) زمانی استفاده می شود که گیرنده و منبع در حال نزدیک تر شدن هستند، علائم پایین تر در حال دور شدن هستند.

یک تغییر از اثر داپلر به اصطلاح اثر داپلر دوگانه است - تغییر در فرکانس امواج هنگامی که آنها از اجسام متحرک منعکس می شوند، زیرا جسم منعکس کننده را می توان به عنوان گیرنده و سپس به عنوان یک بازتاب دهنده امواج در نظر گرفت.

اجازه دهید فرکانس جابجایی داپلر را زمانی تعیین کنیم که گیرنده (میکروفون - میکروناحیه شکل 1) و امیتر (izl) در حالت استراحت هستند و صفحه بازتاب دهنده صدا (pl) با سرعت حرکت می کند.
(رویکرد؛ cos
1). در مرحله اول، صفحه نقش گیرنده ای را بازی می کند که با سرعت حرکت می کند.
) درست است و منبع صدا در حالت استراحت است (
). با استفاده از فرمول (2) فرکانس امواج تابیده شده روی صفحه را بدست می آوریم (
) و غیره

)pr=
(3)

در مرحله دوم، صفحه مورد قبول (
) موج است و منبع صوت است که با سرعت حرکت می کند به سمت میکروفون

فرکانس موج (
) ضبط شده توسط میکروفون، مطابق فرمول (2)

(4)

با جایگزینی فرمول (3) به (4) دریافت می کنیم

(5)

حال بیایید تعیین کنیم که فرکانس چقدر تغییر کرده است (تغییر فرکانس داپلر).

اگر امواجی که روی صفحه فرو می‌روند و از صفحه منعکس می‌شوند، روی هم قرار گیرند (همانطور که در مورد مورد بررسی قرار گرفت)، برهم‌نهی امواج مشاهده می‌شود که فرکانس‌های آن‌ها کمی با یکدیگر متفاوت است و این منجر به ظاهر شدن ضربان می‌شود. . فرکانس ضربان برابر است با اختلاف بین فرکانس های برخورد و امواج بازتابی (
). که با تعیین فرکانس ضربات ثبت شده توسط میکروفون و دانستن سرعت حرکت صفحه بازتابی، می توان هم تغییر فرکانس داپلر و هم فرکانس امواج صوتی منعکس شده توسط صفحه متحرک و دریافت شده توسط میکروفون را تعیین کرد.

(6)

راه اندازی آزمایشی.

نمودار راه اندازی آزمایشی در شکل 2 نشان داده شده است. منبع صدا فرکانس 1 فرکانس بالا است که ارتعاشات الکتریکی ایجاد شده توسط مولد صدا 2 را به امواج صوتی تبدیل می کند. صدا از صفحات 3 منعکس می شود که روی سکوی دوار 4 نصب شده اند. فرکانس چرخش سکو را می توان با تغییر ولتاژ ارائه شده به سیم پیچ های موتور 5 از تنظیم کننده ولتاژ 6 (RNSh) در محدوده وسیعی تغییر داد. 0-60 ولت).

میکروفون 7 که در کنار امیتر قرار دارد، امواج صوتی را مستقیماً از امیتر با فرکانس دریافت می کند. و امواج منعکس شده از صفحات 3. سیگنال ورودی به میکروفون تقویت می شود (منبع جریان مستقیم). علاوه بر این، سیگنال صوتی منعکس شده از صفحات دوار فقط در فواصل زمانی کوتاه (در مقایسه با دوره چرخش پلت فرم) مربوط به موقعیت نسبی خاصی از صفحات، امیتر و میکروفون به میکروفون می رسد.

یک پد نمدی 9 بین امیتر و میکروفون تعبیه شده است تا قدرت صدای مستقیمی که مستقیماً از امیتر وارد میکروفون می شود را کاهش دهد.

میکروفون به یک اسیلوسکوپ 10 متصل است. سرعت حرکت صفحات کوچک است، بنابراین تغییر فرکانس داپلر فرکانس بسیار کمتر . در صفحه اسیلوسکوپ یک الگوی ضربان با فرکانس به طور دوره ای ظاهر می شود

، که حاصل افزودن دو موج صوتی است که در مقاطع خاصی از زمان وارد میکروفون می شود.