|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Доплера эффект | Доплера эффект (далее Д) изменение частоты колебаний или длины волн, воспринимаемых наблюдателем (приемником колебаний), вследствие движения источника волн и наблюдателя относительно друг друга. Д имеет место при любом волновом процессе распространения энергии. Основная причина Д - изменение числа волн, укладывающихся на пути распространения между источником и приемником. При сохранении длины волн, испускаемых источником, это приводит к изменению числа волн, достигающих приемника в каждую секунду, т.е. к изменению частоты принимаемых колебаний.
Для упругих волн (звуковых, сейсмических) и в общем случае для электромагнитных волн (света, радиоволн) изменение частоты зависит от скорости и направления движения источника и наблюдателя относительно среды, в которой распространяется волна. Особый случай составляет распространение электромагнитных волн в свободном пространстве (вакууме). В этом случае изменение частоты определяется только скоростью и направлением движения источника и наблюдателя относительно друг друга, что является следствием принципа относительности Эйнштейна (см. Относительности теория).
Д для звуковых волн может наблюдаться непосредственно. Он проявляется в повышении тона звука, когда источник звука и наблюдатель сближаются (за 1 сек наблюдатель воспринимает большее число волн), и соответственно в понижении тона звука, когда они удаляются.
Рассмотрим Д для монохроматических электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве. Если источник неподвижен относительно наблюдателя, то в системе отсчета, связанной с наблюдателем, волна имеет ту же длину l0 = c/n0, что в системе источника (с - скорость света в вакууме, n0 - частота излучаемых колебаний). Если источник равномерно движется относительно наблюдателя со скоростью v, направленной под углом a к наблюдаемому лучу, то в системе наблюдателя длина волны изменится. Вдоль наблюдаемого луча изменение длины волны равно приращению расстояния за время 1/n0` (за период излучаемого колебания):
В формуле (1) l - длина принимаемой волны, l¢0 - длина испускаемой волны, b= v/c. Множитель
учитывает замедление времени в системе движущегося источника, в результате которого измеренное значение частоты n"0 одного и того же колебания в системе наблюдателя оказывается ниже, чем в системе источника n0 (в этом сказывается различие течения времени в системах движущегося источника и наблюдателя - эффект специальной теории относительности).
Уравнение (1) позволяет найти частоту колебаний, воспринимаемых наблюдателем,
При движении источника к наблюдателю (a = 0, cos a = 1) или от наблюдателя (a = p, cos a = -1) имеет место продольный Д:
При сближении источника и наблюдателя частота n принимаемых колебаний возрастает, при удалении - убывает. Продольный Д дает максимально возможное изменение частоты при данной скорости.
Если источник движется вокруг наблюдателя по окружности (в формуле (2) a = +p/2, cos a = 0), то и в этом случае воспринимаемая частота отличается от излучаемой
хотя число длин волн, укладывающихся на пути распространения, остается неизменным. Формула (4) определяет поперечный Д, обусловленный разным ходом времени в системах источника и наблюдателя. Поперечный Д является эффектом второго порядка малости относительно v/c и наблюдать его значительно труднее, чем продольный. В случае сравнения частот в одной системе отсчета, как, например, при радиолокации, поперечный Д отсутствует.
В тех случаях, когда показатель преломления n среды, в которой движется источник, отличается от 1 и зависит от частоты, значение воспринимаемой частоты соответствует решению уравнения
где n (n) - показатель преломления, зависящий от частоты n. В области частот, где эта зависимость выражена очень резко (см. Дисперсия волн), уравнение (5) может иметь несколько решений (сложный Д).
В среде с изменяющимся во времени показателем преломления Д возникает и при неподвижных друг относительно друга источнике и приемнике. Подобное явление может иметь место при космической связи, когда радиолуч проходит через ионосферу Земли с переменным показателем преломления.
Понятие Д обобщается и на изменение частоты электромагнитного излучения в гравитационном поле (эффект теории тяготения Эйнштейна). Например, некоторая линия солнечного спектра с частотой n0 будет наблюдаться на Земле как линия с частотой
где j1 и j2 - гравитационные потенциалы Солнца и Земли (j1 и j2 < 0). При наблюдении на Земле излучения Солнца и звезд линии смещаются под действием гравитации в область более низких частот, т.к. |j1| > |j2|.
Д назван в честь австрийского физика К. Доплера, обосновавшего теоретически (1842) этот эффект в акустике и оптике. Русский физик В. А. Михельсон распространил его на случай среды с переменными параметрами (1899). Существование поперечного Д было экспериментально подтверждено американскими физиками Г. Айвсом и Д. Стилуэллом (1938).
С момента открытия Д используется для определения лучевых скоростей звезд и вращения небесных тел. Изучение доплеровского смещения линий в спектрах удаленных галактик привело к представлению о расширении Метагалактики (см. Красное смещение, Космология). По доплеровскому уширению спектральных линий в оптическом и радиодиапазонах методами спектроскопии определяются тепловые скорости и ионов в звездных атмосферах и межзвездном газе, изучается структура внегалактических радиоисточников. В радиолокации и гидролокации Д служит для определения скорости движения цели. Д используется также в космической навигации. В радиолокационной астрономии с помощью Д разделяют отражения от участков поверхности небесного тела с различными лучевыми скоростями.
Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теория поля, М., 1967 (Теоретическая физика, т. 2); Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957 (Общий курс физики, т. 3); Франк И. М., Эффект Доплера в преломляющей среде, "Изв. АН СССР. Серия физическая", 1942, №1-2; Сколник М., Введение в технику радиолокационных систем, пер. с англ., М., 1965.
О. Н. Ржига. |
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
