Dopplerův jev

Dopplerův jev

Je známým jevem, že zvuk přibližujícího se zdroje zvuku je vyšší než vzdalujícího se.

Fyzika

Související doplňky

Scénky

Dopplerův jev

  • vlnoplochy vydaného zvuku
  • pozorovatel
  • zvuk přibližujícího se vozidla
  • zvuk vzdalujícího se vozidla

Dopplerův jev

Zvuk auta, které prochází vedle nás, je jiný při přibližování jako při vzdalování.
Zvuk přibližujícího se vozidla je vyšší a vzdalujícího se vozidla nižší ve srovnání se zvukem stojícího vozidla. Tento jev se nazývá jako Dopplerův jev​.

Vysvětlení jevu

  • f₀ = 200 Hz
  • f₂ = 200 Hz
  • f₁ = 200 Hz
  • λ₀=1,65 m
  • λ₂ = 1,65 m
  • λ₁ = 1,65 m
  • f₀ = 200 Hz - Přibližná frekvence zvuku vozidla - ve skutečnosti nevydává pouze jeden zvuk.
  • f₂ = 208 Hz - Před přibližujícím se vozidlem slyšíme zvuk s vyšší frekvencí.
  • f₁ = 192 Hz - Za vzdalujícím se vozidlem slyšíme zvuk s nižší frekvencí.
  • λ₂ = 1,58 m - Před vozidlem se vlnoplochy nahromadí, vlnová délka klesá, frekvence se zvyšuje, vlnová rychlost se nemění.
  • λ₁ = 1,72 m - Za vozidlem se vlnoplochy roztrouší, vlnová délka se zvýší, frekvence klesá, vlnová rychlost se nemění.
  • f₀ = 200 Hz - Přibližná frekvence zvuku vozidla - ve skutečnosti nevydává pouze jeden zvuk.
  • f₂ = 218 Hz - Před přibližujícím se vozidlem slyšíme zvuk s vyšší frekvencí.
  • f₁ = 184 Hz - Za vzdalujícím se vozidlem slyšíme zvuk s nižší frekvencí.
  • λ₂ = 1,51 m - Před vozidlem se vlnoplochy nahromadí, vlnová délka klesá, frekvence se zvyšuje, vlnová rychlost se nemění.
  • λ₁ = 1,78 m - Za vozidlem se vlnoplochy roztrouší, vlnová délka se zvýší, frekvence klesá, vlnová rychlost se nemění.
  • f₀ = 200 Hz - Přibližná frekvence zvuku vozidla - ve skutečnosti nevydává pouze jeden zvuk.
  • f₂ = 240 Hz - Před přibližujícím se vozidlem slyšíme zvuk s vyšší frekvencí.
  • f₁ = 171 Hz - Za vzdalujícím se vozidlem slyšíme zvuk s nižší frekvencí.
  • λ₂ = 1,37 m - Před vozidlem se vlnoplochy nahromadí, vlnová délka klesá, frekvence se zvyšuje, vlnová rychlost se nemění.
  • λ₁ = 1,92 m - Za vozidlem se vlnoplochy roztrouší, vlnová délka se zvýší, frekvence klesá, vlnová rychlost se nemění.

Vysvětlení

Vysvětlením Dopplerova jevu je to, že rychlost zvukových vln nezávisí na rychlosti tělesa, které je vysílá.
Přestože je dané vozidlo v pohybu, zvukové vlny, které vysílá, se nešíří rychleji, pouze konstantní rychlostí charakteristickou pro dané prostředí. Před pohybujícím se zdrojem zvuku se vlnoplochy nahromadí a za zdrojem se zas roztrouší.
Kvůli nahromaděným vlonoplochám vlnová délka zvukových vln klesá. Jelikož součin vlnové délky a frekvence se rovná vlnové rychlosti, a ta je konstantní, frekvence vln se zvýší, a proto slyšíme vyšší zvuk.
Za zdrojem zvuku je to právě naopak: zvýší se vlnová délka zvuku a jeho frekvence se sníží, a proto slyšíme nižší zvuk. Tento jev se odehrává i tehdy, když se nehýbe zdroj zvuku, ale pozorovatel.

Aerodynamický třesk

  • Machův kužel - Pokud se zdroj zvuku pohybuje rychleji než zvuk, vlnoplochy vytvoří kužel, amplituda zvuku je zde velmi velká, a tak pozorovatel, když nad ním prochází Machův kužel, slyší třeskot podobný výbuchu.
  • hyperbola - Machův kužel zanechává na vodní hladině stopu ve tvaru hyperboly.
  • aerodynamický třesk

Aerodynamický třesk

Když se zdroj zvuku pohybuje tak rychle, že dosáhne zvukovou rychlost charakteristickou pro dané prostředí, vlnoplochy vytvoří kužel, který známe jako Machův kužel. Ten se pak pohybuje spolu s letadlem.

Na povrchu kužele se zvukové vlny navzájem zesílí, a proto pozorovatel, nad kterým prochází povrch kužele, slyší výbuch. Na rozdíl od rozšířené domněnky nevzniká při překročení zvukové rychlosti, ale se soustavně objevuje během supersonického letu, jen ho slyšet všude.

Třesk prochází po zemském povrchu v linii ve tvaru hyperboly a může způsobit i vážné škody: může rozbít okna a pohnout nestabilní skály.
Sonický třesk vytvářejí zejména supersonická stíhací letadla, ale i při pleskání bičem vzniká menší sonický třesk.

Astrofyzika

  • vzdalující se galaxie
  • rudý posuv - Dopplerův jev v případě světla způsobuje posuv spektrálních čar. Pokud se daný objekt vzdaluje, spektrální čáry se posouvají k rudé.
  • pozorovatel

Astrofyzika

Podobně jako u zvukových vlnách, tak i v případě světelných vln se objevuje Dopplerův jev, pokud zdroj vln se vzdaluje nebo přibližuje k pozorovateli.

Světlo přibližujícího se světelného zdroje má kratší vlnovou délku, takže ho vnímáme jako modřejší, zatímco světlo vzdalujícího se zdroje jako rudější. Podle zkušeností světlo galaxií se posouvá k rudé, čili se vzdalují od sebe a od nás; čím jsou vzdálenější, o to rychleji se posouvají. Tento jev se nazývá rudým posuvem. Na základě tohoto pozorování se zrodila všeobecně uznávaná teorie rozpínání vesmíru.

Srdeční ultrazvuk

  • srdce
  • Dopplerův ultrazvukový přístroj - Při odrazu se změní frekvence ultrazvuku, a tak dostaneme informaci o vnitřních orgánech a o pohybu krve, která v nich proudí.
  • vyslaná vlna
  • odražená vlna

Ultrazvuk srdce

Další oblastí využití Dopplerova jevu je ultrazvukové vyšetření srdce.
Pomocí tradičního ultrazvukového přístroje se vyšetřuje stavba vnitřních orgánů.
Přezkoumáním vlnové délky odraženého ultrazvuku však získáme informace o vnitřních orgánech i o pohybu krve, která v nich proudí. To nám může poskytnout informaci o prokrvení zkoumaného orgánu nebo nádoru, respektive o stavu cévy ucpané krevní sraženinou.
Dopplerův ultrazvukový přístroj se používá i na sledování tlukotu srdce plodu během porodu.

Rychlostní radar

  • Měření rychlosti pomocí odražených radarových vln
  • rychlostní radar - Vlnová délka vlny odražené od pohybujícího se předmětu se kvůli Dopplerova jevu změní, přístroj vnímá tuto změnu.
  • vyslaná vlna
  • odražená vlna

Rychlostní radar

Dopplerův jev se využívá i při měření rychlosti vozidel na veřejných cestách, čili při rychlostním radaru.
Tento přístroj vysílá radarovou vlnu. Vlna se odrazí od měřeného vozidla, ale vlnová délka odražené vlny se změní kvůli Dopplerova jevu.
Z vlnové délky odražené vlny můžeme vypočítat rychlost vozidla.
Fungování laserových měřičů není založeno na Dopplerově jevu, ale na precizním měření času odrazu. Z toho lze vypočítat vzdálenost vozidla v různých časových okamžicích a z toho zas rychlost.

Animace

Vyprávění

Zvuk auta, které prochází vedle nás, je jiný při přibližování jako při vzdalování.
Zvuk přibližujícího se vozidla je vyšší a vzdalujícího se vozidla nižší ve srovnání se zvukem stojícího vozidla. Tento jev se nazývá jako Dopplerův jev​.

Vysvětlením Dopplerova jevu je to, že rychlost zvukových vln nezávisí na rychlosti tělesa, které je vysílá.
Přestože je dané vozidlo v pohybu, zvukové vlny, které vysílá, se nešíří rychleji, pouze konstantní rychlostí charakteristickou pro dané prostředí. Před pohybujícím se zdrojem zvuku se vlnoplochy nahromadí a za zdrojem se zas roztrouší.
Kvůli nahromaděným vlonoplochám vlnová délka zvukových vln klesá. Jelikož součin vlnové délky a frekvence se rovná vlnové rychlosti, a ta je konstantní, frekvence vln se zvýší, a proto slyšíme vyšší zvuk.
Za zdrojem zvuku je to právě naopak: zvýší se vlnová délka zvuku a jeho frekvence se sníží, a proto slyšíme nižší zvuk. Tento jev se odehrává i tehdy, když se nehýbe zdroj zvuku, ale pozorovatel.

Když se zdroj zvuku pohybuje tak rychle, že dosáhne zvukovou rychlost charakteristickou pro dané prostředí, vlnoplochy vytvoří kužel, který známe jako Machův kužel. Ten se pak pohybuje spolu s letadlem.

Na povrchu kužele se zvukové vlny navzájem zesílí, a proto pozorovatel, nad kterým prochází povrch kužele, slyší výbuch. Na rozdíl od rozšířené domněnky nevzniká při překročení zvukové rychlosti, ale se soustavně objevuje během supersonického letu, jen ho slyšet všude.

Třesk prochází po zemském povrchu v linii ve tvaru hyperboly a může způsobit i vážné škody: může rozbít okna a pohnout nestabilní skály.
Sonický třesk vytvářejí zejména supersonická stíhací letadla, ale i při pleskání bičem vzniká menší sonický třesk.

Související doplňky

Charakteristické parametry zvukových vln

Tato animace vysvětluje nejdůležitější parametry vln, a to pomocí zvukových vln.

Čcheng-tu J-20 Mighty Dragon (Čína, 2017)

„Mocný drak“ je víceúčelové stealth bojové letadlo, které používá čínské vojenské letectvo.

Concorde (1969)

První nadzvukový dopravní letoun byl zařazen do provozu v roce 1976.

Jak funguje reproduktor?

Zvukové vlny v reproduktorech jsou generovány pomocí elektromagnetické indukce.

Vysokorychlostní vlak TGV POS

Vysokorychlostní vlak mezi Paříží a jižním Německem jezdí rychlostí 320 km/h.

Gravitační vlna (LIGO)

Když tělesa s velkou hmotností vykonávají zrychlující se pohyb, vznikají kolem nich vlny v časoprostoru, které se nazývají gravitačními vlnami.

Jak to funguje? - Sonar

Sonar funguje na principu radaru, které místo rádiových vln používá ultrazvuk.

Radar (Zoltán Bay)

Maďarský vědec byl prvním člověkem, který odhalil radarové odrazy od Měsíce, v roce 1946.

Typy vln

Vlny hrají v mnoha oblastech našeho života nesmírně důležitou roli.

Vrápenec malý

Netopýři se orientují a loví pomocí ultrazvuku.

Zemětřesení

Zemětřesení je jedním z nejničivějších přírodních jevů Země.

Added to your cart.