Частота звуку і ефект Доплера

> Загальний випадок

як змінюється частота звуку при ефекті Доплера в класичній фізиці: опис ефекту Доплера простими словами, рух джерела звуку і спостерігача.

ефект Доплера – удавана зміна в частоті хвилі, що утворюється якщо спостерігач і джерело хвилі переміщаються відносно один одного.

завдання навчання

  • Порівнювати зміна частоти через ефект Доплера, коли переміщається тіло наближається або віддаляється від іншого тіла.

Основні пункти

  • Коли рух тіло переміщається до іншого, то частота зростає, так як час між послідовними звуковими хвилями зменшується. Тому тон вище.
  • Якщо рух відбувається від об’єкта, то частота зменшується, тому що час між послідовними хвилями зростає. Тон зменшується.
  • Якщо швидкості малі в порівнянні зі швидкістю хвилі, то співвідношення між спостерігається і випромінюваної частотами одно: f = (1 + ?v / c) f0 (?v – швидкість спостерігача щодо джерела: позитивна, якщо вони переміщаються один до одного).

терміни

  • Класична фізика – все фізичні аспекти до появи механіки.
  • Частота – співвідношення кількості раз періодичного події за часовий проміжок: f = n / t.
  • Ефект Доплера – видима зміна частоти, коли спостерігач і джерело переміщаються відносно один одного.

Ви ніколи не намагалися зрозуміти, чому при пострілі або сирени здається, що звук змінюється. Насправді, для цього існує ціла наука, а явище називають ефектом Доплера. Його відкрив Крістіан Доплер в 1840 році. У той час він займався експериментами в двох сегментах. У першому у нього розташовувалася група, яка грає мелодію на переміщається поїзді, поки спостерігачі слухали в стабільному місці. У другому – група спостерігачів розмістилася в поїзді, а музиканти грали тепер в нерухомому місці. В обох випадках спостерігачі зафіксували це явище.

Наведемо ефект Доплера простими словами. Якщо звукове джерело зміщується в бік спостерігача, то кожна наступна хвиля випромінюється ближче, ніж попередня, а також охоплює трохи більше часу, щоб досягти спостерігача. Час між хвилями скорочується, а частота зростає. Якщо джерело відійде, то все відбудеться навпаки. Завдяки зміні в частоті набагато простіше відобразити ефект.

Звуковий джерело виробляє звукові хвилі зі стабільною частотою в однаковому середовищі. Тепер джерело зміщується вправо зі швидкістю 0.7 с. Хвильові фронти створюються з колишньою частотою, але з-за руху центр кожного нового хвильового фронту трохи зміщується вправо. У підсумку, вони починають групуватися попереду і розсуваються позаду джерела

У межах класичної фізики швидкість джерела і спостерігача щодо середовища знаходяться нижче швидкості хвиль в середовищі, а залежність між спостерігається і випромінюваної частотами виражається як

(C – швидкість звукових хвиль в середовищі, vr – швидкість спостерігача, vs – швидкість звукового джерела, f0 – вихідна частота звукових хвиль).

Ця формула передбачає, що джерело наближається або віддаляється від спостерігача. Якщо джерело підходить під кутом, то спостерігається частота, яку ви чуєте вперше, вище, ніж вироблена об’єктом. Якщо спостерігач підійшов надто близько до шляху джерела, то стрибок від високої до низької частоті буде дуже різким. Якщо ж максимально віддалитися, то стрибок здійсниться плавно.

Якщо швидкісні показники поступаються швидкості хвилі, то співвідношення між спостерігається і випромінюваної частотами виливається в формули:

  • спостережувана частота: f = (1 + ?v / c) f0.
  • зміна частоти: ?f = ?v / c f0 (?v – швидкість спостерігача щодо джерела: позитивна, якщо вони переміщаються один до одного).
Ссылка на основную публикацию