18.12.2019 01:06
for all
354 views
rating 5 | 1 users
 © Поліанна М

Ефект Доплера та його використання для контролю швидкості руху транспортних засобів

Ефект Доплера та його використання для контролю швидкості руху транспортних засобів

Сучасним літакам орієнтуватися в просторі допомагає ДВШЗ – допплеровський вимірювач швидкості та зносу. Із самої назви приладу видно, що його робота заснована на ефекті Доплера – фізичному явищі, яке ми всі коли-небудь спостерігали. На практиці цей цікавий ефект дозволяє визначити не тільки швидкість літака, вертольота або космічного апарату, а й те, що недоступно для прямого виміру – швидкість планет і галактик або крові, що біжить по судинах. Тобто, прилад дозволяє визначити швидкість будь-якого транспортного засобу чи рухомого тіла у Всесвіті.

Ефект Доплера: розумне відлуння

У 1842 році австрійський фізик Крістіан Доплер відкрив фізичний ефект, який згодом був названий його ім`ям. Незважаючи на величезну значимість даного відкриття, суть його дуже проста, і кожен з нас не раз стикався з ефектом Доплера. Наприклад, коли повз проноситься машина швидкої допомоги з включеною сиреною, можна легко помітити, що зміни висоти звуку пропорційні швидкості автомобіля. Коли машина наближається, висота звуку вище, а при віддаленні автомобіля сигнал все нижчає. Ця зміна висоти звуку при наближенні або віддаленні його джерела і є ефектом Доплера.

Чому це відбувається? Як відомо з основ фізики, основними характеристиками хвилі є частота і довжина. Частотою вважається кількість піків хвиль, що відбулися в точці спостереження за секунду. Довжина хвилі – це відстань між її «гребенями». Якщо джерело звуку рухається нам назустріч, то гребінь кожної наступної звукової хвилі приходить трохи швидше, так як був виданий вже ближче до нас. Тому не дивно, що хвилі при цьому сприймаються вухом з більшою частотою, і звук здається вищим і голоснішим. При віддаленні джерела звуку кожна наступна хвиля доходить до нас трохи пізніше попередньої, в результаті ми чуємо нижчий звук.

Те ж саме відбувається, якщо рухається не джерело звуку, а ми самі. Для спостереження ефекту Доплера байдуже, рухається джерело або приймач звуку, головне – їх рух відносно один одного. І не важливо, звукова це хвиля чи ні: ефект спостерігається для хвиль будь-якої частоти, в тому числі і для світлового і навіть радіоактивного випромінювання.

Отже, ефект Доплера – зміна частоти і, відповідно, довжини хвилі випромінювання, що сприймається спостерігачем (приймачем), внаслідок руху джерела випромінювання і (або) руху спостерігача (приймача).

У 1842 році австрієць Крістіан Доплер зумів встановити і обґрунтувати цю залежність. Але наукова громадськість не відразу сприйняла його ідею, і публікація вченого була розкритикована. Головною підставою для критики було те, що стаття не мала експериментальних підтверджень.

Виключно теоретичним ефект Доплера залишався до 1845 року, поки описане австрійським фізиком явище не набуло першу експериментальну перевірку. Тоді голландський метеоролог Бейс-Баллот підтвердив цей ефект для звуку самим, напевно, наочним способом. На залізниці між Утрехтом і Амстердамом локомотив на рекордній для того часу швидкості 64 км/год тягнув відкритий вагон з групою трубачів. В результаті були офіційно зафіксовані зміни тону під час руху вагона при його наближенні та віддаленні.

На службі науки: від далекої планети до клітини крові

Трохи пізніше теорія Доплера була поширена і на світло, і на електромагнітне випромінювання в цілому. Універсальність ефекту дозволила знайти йому застосування в самих різних сферах. Наприклад, він виявився абсолютно незамінним інструментом в космічних дослідженнях. Було встановлено, що ефект Доплера впливає на картину спектру зірок, за яким можна визначити, віддаляється зірка або, навпаки, наближається. Так ефект допоміг зрозуміти, що Всесвіт розширюється – зірки розбігаються одна від одної.

За допомогою ефекту Доплера були визначені екзопланети, які неможливо побачити ні одним сучасним телескопом. Вимірюючи спектри випромінювання деяких зірок, астрономи зробили висновок, що причиною різних коливань зірки може стати планета, що обертається навколо неї. За допомогою методу Доплера вдалося відкрити вже близько 500 далеких планет.

Ефект Доплера допомагає робити відкриття не тільки астрономам, а й медикам. Це фізичне явище лягло в основу безлічі приладів ультразвукової діагностики. Методика, яка використовує УЗД з ефектом Допплера, називається доплерографією. Її суттю є те, що рухомі об`єкти відображають ультразвукові хвилі зі зміненою частотою. Наприклад, можна дізнатися, з якою швидкістю кров біжить по жилах пацієнта.

Але, мабуть, саме широке поширення ефект Доплера отримав в радіолокації. Доплеровский радар посилає короткий, високої інтенсивності, пакет високочастотних радіохвиль. Після цього радар слухає відлуння і вимірює час його повернення, а також його допплеровське зрушення. Такі радари дозволяють визначати швидкості автомобілів і літальних апаратів, судів, течій водних потоків.


Поліанна М цікавиться


Обговорення

Візьміть участь в обговоренні

  • Поскаржитись
Коментар відвідувача стає доступним для ознайомлення лише з дозволу Редактора