Эффект доплера

Наблюдали ли вы когда-нибудь внезапное понижение слышимого тона автомобильного гудка, гонга пожарной машины, свистка или звонка поезда, когда транспорт быстро проносится мимо вас ? Даже шум от машины как будто понижает тон, когда машина быстро проезжает мимо вас по дороге. Как объяснить все эти явления ? Очевидно, изменение высоты тона, свидетельствующее об уменьшении частоты звука, вызвано относительным движением источника звука и наблюдателя. Изменение тона наблюдают в тот момент, когда источник звука, поравнявшись с наблюдателем начинает удаляться. Причина описанного явления, называемого эффектом Доплера, заключается в том, что при приближении источника каких-нибудь волн к наблюдателю приходит большее число волн в секунду, чем когда источник колебаний удаляется. Это приводит к тому, что наблюдатель воспринимает большее число колебаний в секунду, когда источник приближается к нему, и меньшее, - когда удаляется.

Изменение частоты колебаний (высоты звука), вызываемое относительным движением источника и наблюдателя, называется эффектом Доплера.

Пусть источник звука S движется к наблюдателю со скоростью "Vи" м/сек. Источник звука посылает звуковые колебания с частотой "n ". Следовательно, за сек. источник "S" посылает одну волну, распространяющуюся с некоторой скоростью "V". За время источник "S" приближается к наблюдателю на величину Vи× M. Следовательно, конец следующей волны, исходящей от источника через секунд, будет отделен в пространстве от конца предыдущей волны не расстоянием (длина волны), как это было бы в случае неподвижного источника, а меньшим:

Таким образом, наблюдатель будет воспринимать звук меньшей длины " l ".

Соответствующая частота: .

Легко вывести аналогичным образом, что если источник звука удаляется со скоростью V , то воспринимаемая наблюдателем частота равна:

Если рассматривать движение наблюдателя к источнику звука, то вследствие более частых "встреч" с гребнями волн частота воспринимаемых колебаний увеличивается.

Пусть наблюдатель движется к источнику звука со скоростью "V " м/сек. Тогда скорость звука относительно наблюдателя будет равна V + V_Н , и мимо наблюдателя в единицу времени пройдет волн, причем, как обычно, ; с другой стороны, ; таким образом, .

При движении наблюдателя от источника получим соответственно:

Все формулы, относящиеся к указанным случаям, при малых значениях скорости V_u и V_н делаются тождественными. Именно , где знак минус соответствует удалению, а плюс - сближению наблюдателя и источника со скоростью V_и,н.

Таким образом, при сближении источника волн и наблюдателя воспринимаемая частота больше испускаемой, при удалении - меньше.

Эффект Доплера используют для определения скорости движения источника или приемника звука относительно среды. На этом основан, в частности, один из методов измерения скорости кровотока в сосудах человека и животных.