Doppler effekten

Doppler effekten

Det er et velkendt fænomen, at lyden af ​​en nærliggende lydkilde er højere end den af ​​en tilbagegående.

Fysik

Relaterede ekstramaterialer

Scener

Doppler effekten

  • bølgefronter af den udsendte lyd
  • observatør
  • lyden af ​​det indkommende køretøj
  • lyden af ​​det udgående køretøj

Doppler effekten

Lyden af ​​en indkomende bil er anderledes end den af ​​en udgående bil. Når bilen nærmer sig, er lydens tonehøjde højre, og når bilen er kørt forbi, har den en lavere tonehøjde sammenlignet med en stationær bil. Dette fænomen kaldes Doppler effekten.

Forklaring

  • f₀ = 200 Hz
  • f₂ = 200 Hz
  • f₁ = 200 Hz
  • λ₀ = 1.65 m
  • λ₂ = 1.65 m
  • λ₁ = 1.65 m
  • f₀ = 200 Hz - Den omtrentlige frekvens af køretøjets lyd. I virkeligheden kan denne lyd have mere end en komponent.
  • f₂ = 208 Hz - Når køretøjet nærmer sig, hører observatøren en højere frekvens lyd.
  • f₁ = 192 Hz - Når køretøjet bevæger sig væk, hører observatøren en lavere frekvens lyd.
  • λ₂ = 1.58 m - Bølgefronterne komprimeres foran køretøjet, bølgelængden falder, frekvensen stiger, bølgehastigheden ændres ikke.
  • λ₁ = 1.72 m - Bølgefronterne "spredes" bag køretøjet, bølgelængden øges, frekvensen falder, bølgehastiheden ændres ikke.
  • f₀ = 200 Hz - Den omtrentlige frekvens af køretøjets lyd. I virkeligheden kan denne lyd have mere end en komponent.
  • f₂ = 218 Hz - Når køretøjet nærmer sig, hører observatøren en højere frekvens lyd.
  • f₁ = 184 Hz - Når køretøjet bevæger sig væk, hører observatøren en lavere frekvens lyd.
  • λ₂ = 1.51 m - Bølgefronterne komprimeres foran køretøjet, bølgelængden falder, frekvensen stiger, bølgehastigheden ændres ikke.
  • λ₁ = 1.78 m - Bølgefronterne "spredes" bag køretøjet, bølgelængden øges, frekvensen falder, bølgehastiheden ændres ikke.
  • f₀ = 200 Hz - Den omtrentlige frekvens af køretøjets lyd. I virkeligheden producerer det ikke bare en lyd af en enkelt frekvensværdi.
  • f₂ = 240 Hz - Når køretøjet nærmer sig, hører observatøren en højere frekvens lyd.
  • f₁ = 171 Hz - Når køretøjet bevæger sig væk, hører observatøren en lavere frekvens lyd.
  • λ₂ = 1.37 m - Bølgefronterne komprimeres foran køretøjet, bølgelængden falder, frekvensen stiger, bølgehastigheden ændres ikke.
  • λ₁ = 1.92 m - Bølgefronterne "spredes" bag køretøjet, bølgelængden øges, frekvensen falder, bølgehastiheden ændres ikke.

Forklaring

Doppler effekten opstår, fordi lydbølgernes hastighed er uafhængig af kildens hastighed.

Uanset om den er stationær eller bevæger sig, bevæger lydbølgerne fra et køretøj med sig med en konstant hastighed, der er karakteristisk for det medium, de bevæger sig gennem. Når lydkilden bevæger sig, vil bølgefronter derfor trykkes sammen oppe foran og trækkes ud bagved den.

Som følge af bølgefrekvensernes komprimering aftager bølgelængden af ​​lydbølgerne. Da produktet af bølgelængde og frekvensen svarer til bølgens hastighed, som er konstant, øges frekvensen af ​​bølgerne, hvilket giver en højere tonehøjde. Det modsatte sker bag lydkilden: bølgelængden øges, og frekvensen falder, hvilket resulterer i en lavere tonehøjde.

Det samme fænomen forekommer, når det er observatøren, der bevæger sig, ikke kilden.

Overlydsbrag

  • Mach kegle - Når lydkilden bevæger sig hurtigere end lydens hastighed, danner bølgefronterne en kegle. Her bliver lydens amplitude meget stor, og observatøren, over hvem Mach-keglen passerer, kan høre et brag.
  • hyperbel - Hvor Mach-keglen skærer vandoverfladen, danner den en hyperbola.
  • overlydsbrag

Overlydsbrag

Hvis lydkilden bevæger sig så hurtigt, at den når lydhastigheden i det bestemte medium, den rejser igennem, danner bølgefronterne en kegle, der er kendt som Mach keglen.

Mach keglen bevæger sig sammen med flyet. Lydbølgerne forstærkes langs keglefladen, så en observatør over hvem kegleoverfladen passerer kan høre et brag.

I modsætning til manges tro forekommer det ikke kun, når flyet overskrider lydens hastighed. Det forekommer løbende under hele den supersoniske flyvning, men høres ikke overalt.

Hvor Mach keglen skærer Jordens overflade, danner den en hyperbola, der er kendt som overlydstæppet. Trykbølgen spredes over denne kurve, som følger flyvevejen. Det kan forårsage alvorlige skader: Vinduer kan gå i stykker og ustabile klipper kan falde til jorden.

Overlydsbrag produceres for det meste af supersoniske kampfly, men knaldet fra en pisk genererer også et mindre overlydsbrag.

Astrofysik

  • tilbagegående galakse
  • rødforskydning - I tilfælde af lysbølger forårsager Doppler-effekten et skift i spektrallinjerne. Disse linjer skifter til den røde ende af spektret, hvis en genstand er på vej væk.
  • observatør

Astrofysik

På samme måde som lydbølger demonstrerer lysbølger også Doppler effekten, når lyskilden nærmer sig eller bevæger sig væk fra observatøren.

Lys udstrålet af en indkomende kilde har en kortere bølgelængde, det vil sige det vil blive opfattet blålig, og lys udsendt af en tilbagegående kilde vil blive opfattet som rødligt.

Det er blevet observeret, at galaksenes lys skifter kontinuerligt mod spektrets røde ende, det vil sige at de bevæger sig væk fra Jorden, og jo længere væk de er, jo hurtigere bevæger de sig. Dette fænomen kaldes rødforskydning. Den universelt accepterede teori om det ekspanderende univers er baseret på denne observation.

Hjerte ultralyd

  • hjerte
  • Doppler ultralyd enhed - Når ultralyden reflekteres, ændrer dens frekvens, og enheden kan beregne hastigheden af ​​blodstrømmen i venerne.
  • udsendt bølge
  • reflekteret bølge

Hjerte ultralyd

En anden karakteristisk anvendelse af Doppler effekten er ekkokardiografi. Ultralydmaskiner bruges til at undersøge strukturen af ​​de indre organer. Ved at undersøge bølgelængden af ​​den reflekterede ultralyd kan bevægelseshastigheden inden for indre organer også bestemmes.

Derfor detekteres ikke kun organernes struktur med Doppler-ultralydsenheden, men også mængden og hastigheden af ​​blodgennemstrømningen i arterierne og årerne. Dette kan give information om blodforsyningen af ​​det scannede organ eller tumor eller tilstanden af ​​et blodkar.

En Doppler ultralydsmaskine bruges også på hospitaler til at overvåge fosterets hjerteslag under graviditet, og babyens under fødsel.

Fartkamera

  • Hastighedsmåling med afspejlede radarbølger
  • fartkamera - På grund af Doppler-effekten ændres bølgelængden af ​​den bølge, der reflekteres af det bevægelige objekt, og enheden registrerer dette.
  • udsendt bølge
  • reflekteret bølge

Fartkamera

En af anvendelserne af Doppler effekten er måling af hastigheden af ​​bevægelige køretøjer med et fartkamera.

Enheden udsender en radiobølge, som afspejles fra det køretøj, der måles på. Bølgelængden af ​​denne reflekterede bølge ændres imidlertid på grund af Doppler effekten. Køretøjets hastighed kan beregnes ud fra bølgelængden af ​​den reflekterede radiobølge.

I modsætning til princippet bag fartkameraer er princippet af ​​lasermålereikke baseret på Doppler effekten, men den præcise måling af refleksionstiden. Dette kan bruges til først at beregne køretøjets afstand ved forskellige tidsintervaller og derefter dets hastighed.

Animation

  • 0 km/h
  • 50 km/t
  • 100 km/t
  • 200 km/h

Fortællerstemme

Lyden af ​​en indkomende bil er anderledes end den af ​​en udgående bil. Når bilen nærmer sig, er lydens tonehøjde højre, og når bilen er kørt forbi, har den en lavere tonehøjde sammenlignet med en stationær bil. Dette fænomen kaldes Doppler effekten.

Doppler effekten opstår, fordi lydbølgernes hastighed er uafhængig af kildens hastighed.

Uanset om den er stationær eller bevæger sig, bevæger lydbølgerne fra et køretøj med sig med en konstant hastighed, der er karakteristisk for det medium, de bevæger sig gennem. Når lydkilden bevæger sig, vil bølgefronter derfor trykkes sammen oppe foran og trækkes ud bagved den.

Som følge af bølgefrekvensernes komprimering aftager bølgelængden af ​​lydbølgerne. Da produktet af bølgelængde og frekvensen svarer til bølgens hastighed, som er konstant, øges frekvensen af ​​bølgerne, hvilket giver en højere tonehøjde. Det modsatte sker bag lydkilden: bølgelængden øges, og frekvensen falder, hvilket resulterer i en lavere tonehøjde.

Det samme fænomen forekommer, når det er observatøren, der bevæger sig, ikke kilden.

Hvis lydkilden bevæger sig så hurtigt, at den når lydhastigheden i det bestemte medium, den rejser igennem, danner bølgefronterne en kegle, der er kendt som Mach keglen.

Mach keglen bevæger sig sammen med flyet. Lydbølgerne forstærkes langs keglefladen, så en observatør over hvem kegleoverfladen passerer kan høre et brag.

I modsætning til manges tro forekommer det ikke kun, når flyet overskrider lydens hastighed. Det forekommer løbende under hele den supersoniske flyvning, men høres ikke overalt.

Hvor Mach keglen skærer Jordens overflade, danner den en hyperbola, der er kendt som overlydstæppet. Trykbølgen spredes over denne kurve, som følger flyvevejen. Det kan forårsage alvorlige skader: Vinduer kan gå i stykker og ustabile klipper kan falde til jorden.

Overlydsbrag produceres for det meste af supersoniske kampfly, men knaldet fra en pisk genererer også et mindre overlydsbrag.

Relaterede ekstramaterialer

Karakteristik af lydbølger

Denne animation forklarer de vigtigste karakteristika ved bølger gennem lydbølger.

Chengdu J-20 Mighty Dragon (China, 2017)

The Chengdu J-20, also known as Mighty Dragon, is a multiple function stealth fighter aircraft.

Concorde (1969)

Den første supersoniske passager maskine startede med flyvninger i 1976.

Hvordan virker det? - Højttaler

I højttalere genereres lydbølger gennem elektromagnetisk induktion.

TGV POS tog

Toget opererer mellem Paris og Sydtyskland, dets marchhastighed er 320 km/t.

Gravitationsbølger (LIGO)

Massive accelererende eller kredsløbende kroppe forårsager krusninger i rumtiden. Disse kaldes gravitationsbølger.

Hesteskonæser

Flagermus bruger ultralyd til at navigere og jage efter bytte.

Hvordan virker det? - Sonar

Denne animation viser hvordan sonar fungerer.

Måne radar eksperiment (Zoltán Bay, 1946)

I 1946 var en ungarsk videnskabsmand den første person til at opdage radarekkoer fra månen.

Typer af bølger

Bølger spiller en yderst vigtig rolle på mange områder af vores liv.

Jordskælv

Et jordskælv er et af de mest ødelæggende naturfænomener.

Added to your cart.