Ефект Доплера в класичній та релятивійській теорії

Ефект Доплера в класичній та релятивійській теорії

Зміст

Вступ

1. Поширення світла в ізотопних середовищах

1.1 Відбивання світла

1.2 Релятивістський ефект Доплера

1.3 Повздовжній ефект Доплера

1.4 Поперечний ефект Доплера

2. Застосування

2.1 Ефект Доплера в акустиці

2.2 Явище Доплера в оптиці

Висновок

Список використаних джерел

Вступ

Крістіан Доплер (нім. Christian Doppler) народився 29 листопада 1803 року в Зальцбурге. У 1825 році закінчив Політехнічний інститут у Відні, з 1835 по 1847 рік працював в Чеському технічному університеті, з 1847 року — професор Гірської і Лісової академій в Хемніце, з 1848 року — член Віденської Академії Наук, з 1850 професор Віденського університету і директор першого в світі Фізичного інституту, створеного при Віденському університеті за його ініціативою.

Наукові інтереси Крістіана Доплера лежали в таких галузях фізики як оптика і акустика. Основні праці виконані по аберації світла, теорії мікроскопа і оптичного далекоміра, теорії кольорів і деяким іншим темам. У 1842 Доплер теоретично обґрунтував залежність частоти коливань, що сприймаються спостерігачем, від швидкості і напряму руху джерела хвиль і спостерігача відносно один одного. Це явище згодом було назване його ім'ям (ефект Доплера).

У 1848 році ефект Доплера був уточнений французьким фізиком Арманом Фізо, а в 1900 році — і експериментально перевірений А. А. Белопольським на лабораторній установці. Принцип Доплера отримав багаточисельні вживання в астрономії для вимірів швидкостей руху зірок уподовж світивши зір і їх обертання довкола осі, турбулентних потоків в сонячній фотосфері і ін., а потім і в найрізноманітніших галузях фізики і техніки (аж до радарів, використовуваних ГИБДД).

Давайте поговоримо про хвилі. Хвилі бувають різноманітні. От, наприклад, світло – це також хвиля. Така хвиля називається оптичною і її людина сприймає оком. А ще є акустичні хвилі. Це ті хвилі, які ми чуємо. Коли ми говоримо слова, ми створюємо коливання повітря, яке сприймає вухо. Є радіохвилі, якими передають інформацію радіостанції, а ми вже чуємо перетворений сигнал із радіохвилі в акустичну. Для хвиль існує явище Доплера, от саме його зараз і розглянемо.

Доплер помітив, що тон гудка потяга змінюється, коли він прибуває на станцію і, коли від’їжджає від неї. Він задав собі питання, як пов’язана висота звуку із швидкістю руху його джерела. Він посадив на потяг музикантів і попросив грати одну і ту ж ноту. Інші музиканти розмістилися попереду потяга і позаду нього на великій відстані і повинні були визначити, яку саме ноту зіграли музиканти, які їдуть на потязі. Ті, що були позаду потяга чули нижчу ноту ніж зіграли музиканти, а ті, що були попереду чули вищу ноту. Доплер перший пояснив і описав це явище. Таким чином, в повній темноті ми по звуку можемо визначити чи хтось підходить до нас, чи йде геть від нас. Із ефекту Доплера випливає цікавий результат. Коли швидкість звуку дорівнює швидкості тіла, тоді частота звуку повинна бути нескінченно великою. При цьому виникає ударна хвиля. Ясної днини ми чули грім, а коли піднімали голову, бачили в небі літак. Грім з’являється тоді, коли швидкість літака перевищує швидкість звуку і виникає ударна хвиля, що відповідає ефекту Доплера. Оскільки куля летить із швидкістю звуку, ми чуємо високочастотний звук – свист. Проте, пізно падати на землю, коли ми його почули, оскільки куля вже пролетіла.

Цей ефект був встановлений для звукової хвилі. Проте він справедливий для будь-якого типу хвиль. Наприклад, для оптичних хвиль. Коли джерело світла, наприклад зірка, летить від нас – ми бачимо червоне світло. Коли летить до нас, ми бачимо голубе світло. Цей ефект допоміг виявити подвійні зірки. Подвійні зірки обертаються одна навколо іншої. Проте в телескопі, навіть найпотужнішому, подвійна зірка нічим не відрізняється від інших одинарних зірок. Тому, щоб виявити подвійну зірку, потрібно реєструвати випромінювання, тобто оптичні хвилі. Коли обидві зіркі знаходяться на одній лінії від нас, їхнє випромінювання має, наприклад, жовтий колір. Тепер уявімо, що одна зірка наближається до нас, а інша віддаляється. Випромінювання тієї зірки, що наближається до нас, буде мати голубий відтінок, а тієї зірки, що віддаляється від нас – червоний. Отже, ефект Доплера допоміг астрономам у дослідженні зоряної карти неба.

Відомо, що майже всі туманності у Всесвіті віддаляються від нас. Це було зареєстровано астрономами, якраз із використанням ефекту Доплера. Тобто, спостерігалося зміщення випромінювання зірок у червону область спектру. Якщо б зірки летіли до нас, спостерігалося в зміщення випромінювання у голубу область спектру. Наша Сонячна система відноситься до Галактики, яку називають Чумацьким шляхом. У випромінюванні зірок, що відносяться до нашої Галактики, червоного зміщення не спостерігається. Тому відстані між зірками у нашій Галактиці незмінні, а всі інші Галактики віддаляються від нас. Ці спостереження викликали появу теорії „Великого вибуху”. Мовляв, мільярд років назад Всесвіту не булỏ. Булỏ щось схоже на зернину з величезною густиною речовини. Ця зернина раптом вибухнула і тепер її уламки Галактиками розлітаються у Всесвіті. Ця теорія набула широкого розголосу. Проте Ейнштейн показав, що червоне зміщення випромінювання зірок, тобто променів або оптичної хвилі, може спостерігатися під дією гравітації планет, сонячних систем і т.д. Це підтвердили дослідження радіохвиль, які посилав американський космічний апарат „Вояжер-1”, коли він досягнув планети-гіганта Сатурн. Радіохвиля, яку він надсилав від Сатурна, зменшувала свою частоту, що підтверджує теорію Ейнштейна. Тому теорія „Великого вибуху” досить сумнівна, проте надзвичайно популярна. Дослідження космосу тільки розпочалися і не вияснених питань ще дуже багато.

Похожие работы

Фізичні основи квантової электроніки

Скачать

50819

0

11

... яка була накопичена до п'ятидесятих років у радіочастотній й оптичній спектроскопії і які згодом отримали своє використання у квантовій електроніці. Розділ 2. Основні поняття квантової електроніки (фізичні основи квантової електроніки) Принцип дії лазера або мазера заснований на трьох «китах» – головних поняттях квантової електроніки, а саме на поняттях вимушеного випромінювання, інверсного ...